Áp dụng lý thuyết tối ưu hóa cho bài toán phân bổ hiệu quả tài nguyên nước ở lưu vực sông hồng – thái bình

Tính chuyên nghiệp trong phân tích kinh tế tài nguyên nước được thể hiện ở hai khíacạnh căn bản là: i Như tuyên bố Dublin 1992 đã chỉ ra, nước có giá trị kinh tế vàcần được coi như một h

HÀ NỘI, NĂM 2017

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

ĐÀO VĂN KHIÊM

ÁP DỤNG LÝ THUYẾT TỐI ƯU HÓA CHO BÀI TOÁN PHÂN

BỔ HIỆU QUẢ TÀI NGUYÊN NƯỚC Ở LƯU VỰC SÔNG

HỒNG- THÁI BÌNH

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI, NĂM 2017

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

ĐÀO VĂN KHIÊM

ÁP DỤNG LÝ THUYẾT TỐI ƯU HÓA CHO BÀI TOÁN PHÂN

BỔ HIỆU QUẢ TÀI NGUYÊN NƯỚC Ở LƯU VỰC SÔNG

LỜI CAM ĐOAN

Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả Các kết quảnghiên cứu và các kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từ bất kỳ mộtnguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào Các tài liệu tham khảo đã được trích dẫn vàghi rõ nguồn theo đúng quy định

Tác giả luận án

Đào Văn Khiêm

Tác giả cũng chân thành cảm ơn đồng nghiệp GS.TS Nguyễn Khắc Minh, NCS BùiThu Hòa đã đóng góp nhiều ý kiến quý báu cho tác giả trong việc hoàn thành Luận án.

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH viii

DANH MỤC BẢNG BIỂU ix

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT x

MỞ ĐẦU xi

1 Tính cấp thiết của đề tài xi

2 Mục tiêu nghiên cứu xii

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu xii

4 Các tiếp cận và phương pháp nghiên cứu xiii

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn xiv

6 Những đóng góp mới của luận án xvi

7 Cấu trúc luận án xvii

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1

1.1 Đặc điểm chung của lưu vực 1

1.1.1 Các đặc trưng về khí hậu 1

1.1.2 Các đặc điểm kinh tế xã hội 2

1.1.3 Tình hình quản lý tài nguyên nước của Hệ thống Sông Hồng Thái Bình 2

1.1.3.1 Tại Trung Quốc 2

1.1.3.2 Tại Việt Nam 3

1.2 Công tác quy hoạch và quản lý 4

1.2.1 Công tác ra quyết định ở cấp quy hoạch 4

1.2.2 Công tác quy hoạch ở mức quản lý 4

1.2.3 Quy hoạch ràng buộc cho tưới vụ Đông Xuân 5

1.2.4 Tình trạng khẩn cấp trong mùa lũ 5

1.3 Tình hình ứng dụng tối ưu hóa cho quy hoạch và quản lý tài nguyên nước trên thế giới 6

1.3.1 Mô hình hóa quản lý tài nguyên nước cấp lưu vực sông 6

1.3.2 Kinh tế học phân bổ tài nguyên nước 8

1.3.4 Mô hình kinh tế thủy văn tổng hợp và các phát triển gần đây 12

1.4 Ứng dụng nghiên cứu tối ưu hóa cho quy hoạch và quản lý tài nguyên nước tại lưu vực sông Hồng 14

1.4.1 Quy hoạch tài nguyên nước ở vùng lưu vực sông Hồng Thái Bình 14

1.4.2 Nghiên cứu vận hành liên hồ chứa 15

1.4.3 Các thách thức trong việc xây dựng thủ tục vận hành liên hồ chứa 17

1.5 Nhu cầu nghiên cứu ứng dụng tối ưu hóa và mục tiêu nghiên cứu của Luận án 18 1.5.1 Nhu cầu nghiên cứu ứng dụng tối ưu hóa động trong phân bổ hiệu quả kinh tế trong QH&QLTNN tại Việt nam 18

1.5.2 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu của luận án 20

1.5.2.1 Tình hình nghiên cứu về tối ưu hóa trong QH&QLTNN ở Lưu vực Sông Hồng - Thái bình 20

1.5.2.2 Mục tiêu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án 21

CHƯƠNG 2 THIẾT LẬP BÀI TOÁN PHÂN BỔ HIỆU QUẢ TÀI NGUYÊN NƯỚC .25

2.1 Mở đầu 25

2.1.1 Đặt vấn đề 25

2.1.2 Mô hình phân bổ tài nguyên 27

2.2 Hệ thống Mô hình hóa Phân bổ Tài nguyên nước tại Lưu vực sông (Aquarius) 29 2.2.1 Giới thiệu mô hình Aquarius 29

2.2.2 Hiệu chỉnh và Phát triển mô hình Aquarius 33

2.2.3 Tóm tắt 35

2.3 Bài toán tối ưu hóa với ràng buộc hỗn hợp 36

2.3.1 Bài toán tối đa hàm mục tiêu với ràng buộc đẳng thức 36

2.3.2 Bài toán tối đa hàm mục tiêu với ràng buộc bất đẳng thức 37

2.3.3 Trường hợp tổng quát: các ràng buộc hỗn hợp 37

2.3.4 Một số nhận xét 38

2.4 Phương pháp giải gần đúng và ứng dụng phần mềm Lingo 39

2.4.1 Phương pháp giải gần đúng 39

2.4.2 Ứng dụng phần mềm Lingo 41

2.4.3 Phát triển thủ tục tối ưu hóa ngẫu nhiên cho ứng dụng 43

2.5 Kết luận 44

CHƯƠNG 3 PHÂN BỔ HIỆU QUẢ TÀI NGUYÊN NƯỚC CHO MỘT SỐ HỆ THỐNG HỒ CHỨA TRONG LƯU VỰC SÔNG HỒNG 45

3.1 Đặt vấn đề 45

3.2 Một số cấu trúc giá trị sử dụng nước và cấu trúc chi phí 45

3.2.1 Cấu trúc giá trị sử dụng nước tưới 46

3.2.1.1 Cầu tĩnh đối với nước tưới 46

3.2.1.2 Cầu động đối với nước tưới 48

3.2.2 Cấu trúc giá trị sử dụng nước phát điện 57

3.2.3 Cấu trúc chi phí 58

3.2.3.1 Chi phí vận hành 58

3.2.3.2 Chi phí vốn 60

3.2.3.3 Nhận xét 62

3.3 Mô hình tối ưu hóa động cho Hệ thống Núi Cốc 63

3.3.1 Giới thiệu Hệ thống Núi Cốc 63

3.3.2 Phân tích và ước lượng hàm cầu và hàm giá trị sử dụng nước 64

3.3.2.1 Hàm cầu sử dụng nước tưới 64

3.3.2.2 Hàm cầu sử dụng nước cho mục đích sinh hoạt 65

3.3.2.3 Hàm cầu nước cho mục đích phát điện 66

3.3.2.4 Hàm cầu sử dụng nước cho mục đích du lịch 67

3.3.3 Tính toán chi phí 67

3.3.4 Mô hình tối ưu hóa động cho hồ chứa Núi Cốc 70

3.3.4.1 Xác định hàm mục tiêu 70

3.3.4.2 Các ràng buộc 71

3.3.4.3 Sử dụng phần mềm Lingo 16 71

3.3.5 Tóm tắt các kết quả mô hình tối ưu hóa động tất định cho hồ chứa Núi Cốc .71

3.3.6 Tóm tắt kết quả của các mô hình tối ưu hóa động ngẫu nhiên 80

3.4 Mô hình tối ưu hóa động cho Hệ thống Sơn La – Hòa Bình 86

3.4.1 Giới thiệu hệ thống hồ chứa Sơn La – Hòa Bình 86

3.4.2 Mô hình phân bổ nước Hệ thống Sơn La – Hòa Bình 89

3.4.3 Kết quả mô hình tối ưu hóa động cho hệ thống Sơn La – Hòa Bình 90

3.5 Kết luận 102

CHƯƠNG 4 CẤU TRÚC ĐỘC QUYỀN TỰ NHIÊN TRONG PHÂN BỔ TÀI NGUYÊN NƯỚC Ở LƯU VỰC SÔNG HỒNG 105

4.1 Đặt vấn đề 105

4.1.1 Giới thiệu về độc quyền 105

4.1.2 Khái niệm Độc quyền tự nhiên 106

4.1.2.1 Độc quyền trong công ty sản phẩm đơn 107

4.1.2.2 Điều chỉnh công ty sản phẩm đơn 108

4.1.2.3 Tóm tắt 110

4.1.3 Xây dựng phương pháp xác định cấu trúc độc quyền tự nhiên từ các kết quả lời giải tối ưu của mô hình tối ưu hóa động cho phân bổ hiệu quả nước 111

4.2 Các kết quả chạy mô hình tối ưu hóa động cho hệ thống Núi Cốc 116

4.3 Tối ưu hóa động ngẫu nhiên phục vụ nghiên cứu về cấu trúc độc quyền tự nhiên của hệ thống hồ chứa Sơn La – Hòa Bình 121

4.3.1 Tối ưu hóa động với cầu tưới đủ tất định giảm và dòng chảy đến ngẫu nhiên (mô hình chi phí hàm mũ) 122

4.3.2 Tối ưu hóa động với cầu tưới trước Đổi mới và dòng chảy đến ngẫu nhiên .123

4.3.3 Tối ưu hóa động với cầu tưới tất định sau Đổi mới và dòng chảy đến ngẫu nhiên (mô hình với chi phí hàm mũ) 124

4.3.4 Tối ưu hóa động với cầu tưới giảm và dòng chảy đến ngẫu nhiên không có sự can thiệp của chính phủ 125

4.3.5 Tối ưu hóa động với cầu tưới ngẫu nhiên giảm và dòng chảy đến ngẫu nhiên trong điều kiện tưới đủ (mô hình với chi phí bậc ba) 126

4.3.6 Tối ưu hóa động với cầu tưới ngẫu nhiên giảm và dòng chảy đến ngẫu nhiên trong điều kiện cạnh tranh hoàn hảo (mô hình với chi phí bậc ba) 127

4.3.7 Cấu trúc độc quyền tự nhiên yếu với mô hình cầu tưới ngẫu nhiên ARIMA (mô hình với chi phí hàm mũ) 128

4.3.8 Tối ưu hóa động với cầu tưới ngẫu nhiên giảm, dòng chảy đến ngẫu nhiên, và cầu điện tăng (mô hình với chi phí hàm mũ) 129

4.3.9 Cấu trúc độc quyền tự nhiên yếu tính theo tháng (mô hình với chi phí hàm mũ) 130 4.3.10 Một số nhận xét 131

4.4 Kết luận chương 132

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 134

1 Kết quả đạt được của luận án 134

2 Tóm tắt các đóng góp chính của luận án 136

3 Kiến nghị và đề xuất từ các kết quả nghiên cứu của luận án 136

DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ 138

TÀI LIỆU THAM KHẢO 140

PHỤ LỤC 145

MỘT SỐ THUẬT NGỮ CHUYÊN NGÀNH THƯỜNG ĐƯỢC SỬ DỤNG 216

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

Hình 2.1 Mô phỏng các biến liên quan đến hồ chứa 30

Hình 3.1 Các quỹ đạo tối ưu của các kế hoạch tối ưu ứng với các mẫu số liệu ngẫu nhiên về dòng chảy đến của hồ chứa Núi Cốc khi tưới đủ 81

Hình 3.2 Hàm mật độ phân phối xác suất của các tổng lợi ích ròng 82

Hình 3.3 Các quỹ đạo tối ưu hóa tùy thuộc các tình huống ngẫu nhiên 82

Hình 3.4 Hàm mật độ phân phối xác suất của các tổng lợi ích ròng 83

Hình 3.5 Tối ưu hóa với cầu tưới ngẫu nhiên và dòng chảy đến ngẫu nhiên 83

Hình 3.6 Hàm mật độ phân phối xác suất cho các mức tổng lợi ích ròng 84

Hình 3.7 Mô hình tối ưu hóa động với cầu tưới ngẫu nhiên do giá lúa ngẫu nhiên 84

Hình 3.8 Hàm phân phối xác suất của các mức tổng lợi ích ròng 85

Hình 3.9 Sơ đồ vận hành Liên hồ Sơn La – Hòa Bình 88

Hình 3.10 Các quỹ đạo tối ưu (theo giá trị hiện tại, tức là chưa được chiết khấu) với cầu tưới tất định giảm dần và dòng chảy đến ngẫu nhiên 93

Hình 3.11 Hàm mật độ phân phối xác suất của các tổng lợi ích đã chiết khấu 94

Hình 3.12 Các quỹ đạo tối ưu (đã được chiết khấu của tổng lợi ích với cầu tưới tất định giảm dần và dòng chảy đến ngẫu nhiên 94

Hình 3.13 Hàm mật độ phân phối xác suất trong trường hợp có chiết khấu 95

Hình 3.14 Các quỹ đạo tối ưu của các tổng lợi ích (chưa chiết khấu) 95

Hình 3.15 Hàm mật độ phân phối xác suất của các mức tổng lợi ích 96

Hình 3.16 Tối ưu hóa động với cầu tưới tất định và dòng chảy đến ngẫu nhiên 96

Hình 3.17 Hàm mật độ phân phối xác suất 97

Hình 3.18 Hàm mật độ phân phối xác suất 97

Hình 3.19 Các quỹ đạo của tổng lợi ích tối ưu (chưa chiết khấu) 98

Hình 4.1 Các quan hệ giữa AC và Q (biểu đồ a) và giữa TB/Q và Q (biểu đồ b) 114

Hình 4.2 Hàm cầu đối với xả nước từ hệ thống hồ chứa 115

Hình 4.3 Cấu trúc độc quyền tự nhiên của hồ chứa Núi Cốc cho tưới và phát điện 117 Hình 4.4 Độc quyền tự nhiên của hồ chứa Núi Cốc khi không can thiệp tưới 118

Hình 4.5 Cấu trúc độc quyền tự nhiên của Núi Cốc khi cầu tưới và dòng chảy đến cùng là các đại lượng ngẫu nhiên trong điều kiện tưới đủ (3, 9, 15, 19) 119

Hình 4.6 Cấu trúc độc quyền tự nhiên của Núi Cốc với các năm 5, 10, 13, 19 120

Hình 4.7 Cấu trúc độc quyền tự nhiên cho các năm 2, 4, 9, 12, 15, và 19 122

Hình 4.8 Cấu trúc độc quyền tự nhiên cho các năm 1, 5, 10, 13, 19,21 123

Hình 4.9 Cấu trúc độc quyền tự nhiên cho các năm 3, 7, 9, 13, 17, 19 124

Hình 4.10 Cấu trúc độc quyền tự nhiên cho các năm 5, 9, 13, 16, 20, 24 125

Hình 4.11 Cấu trúc độc quyền tự nhiên cho các năm 3, 5, 9, 11, 18, 25 126

Hình 4.12 Cấu trúc độc quyền tự nhiên cho các năm 3, 7, 9, 15, 19, 25 127

Hình 4.13 Cấu trúc độc quyền tự nhiên cho các năm 3, 7, 9, 11, 17, 23 128

Hình 4.14 Cấu trúc độc quyền tự nhiên cho các năm 3, 5, 9, 12, 19, 23 129

Hình 4.15 Cấu trúc độc quyền tự nhiên theo tháng: tháng 3 năm 7; tháng 5 năm 20;

tháng 3 năm 3; và tháng 2 năm 1 130

DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1 Các phương pháp ước lượng cầu 46

Bảng 3.2 Các kết quả ước lượng ứng dụng thực tế ở Việt nam 48

Bảng 3.3 Quan hệ giữa giá tưới với mức tưới tại các giai đoạn tưới 50

Bảng 3.4 Số liệu tăng vốn FDI ở Việt nam 55

Bảng 3.5 Tổng hợp đường cầu nước tưới Hệ thống Núi Cốc Thái Nguyên 64

Bảng 3.6 Các tổng lợi ích tối ưu cho các sử dụng khác nhau (đơn vị tỷ VNĐ) 71

Bảng 3.7 Tổng chi phí và lợi ích ròng (đơn vị tỷ VNĐ) 72

Bảng 3.8 Phân bổ nước tưới cho một khu tưới (theo tháng, đơn vị tr m3) 73

Bảng 3.9 Các tổng lợi ích tối ưu cho các sử dụng khác nhau (đơn vị tỷ VNĐ) 74

Bảng 3.10 Tổng chi phí và lợi ích ròng (đơn vị tỷ VNĐ) 74

Bảng 3.11 Phân bổ nước tưới cho một khu tưới (theo tháng, đơn vị tr m3) 75

Bảng 3.12 Các tổng lợi ích tối ưu cho các sử dụng khác nhau (đơn vị tỷ VNĐ) 76

Bảng 3.13 Tổng chi phí và lợi ích ròng (đơn vị tỷ VNĐ) 76

Bảng 3.14 Phân bổ nước tưới cho một khu tưới (theo tháng, đơn vị tr m3) 77

Bảng 3.11 Tổng lợi ích và chi phí cho phát điện và tưới ở hệ thống Sơn La – Hòa Bình 91 Bảng 3.12 Phân bổ nước cho phát điện tại hồ chứa Sơn La 92

Bảng 4.1 Kết quả tối ưu theo tháng (tháng 8 năm thứ 25) cho một tình huống 113

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

CCFSC Ủy ban Phòng chống lụt bão Trung ương

DCP/MARD Vụ Trồng trọt

DWR/MARD Ban Giám đốc các Công ty khai thác các công trình thủy lợi

nước GDCO Group of drought control

LTĐKTUNN Lý thuyết Tối ưu hóa Ngẫu nhiên

MONRE Bộ Tài nguyên Môi trường

NCHMS Trung tâm Khí tượng Thủy

QH&QKTNN Quy hoạch và Quản lý Tài nguyên Nước

nhiên LVSHTBLưu vực sông Hồng – Thái Bình

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Trong thời đại chúng ta, dân số gia tăng nhanh, tốc độ tăng trưởng kinh tế lớn, cùngvới những bất lợi trong biến đổi khí hậu khiến cho cầu sử dụng nước trong tất cả cáclĩnh vực, từ cầu sử dụng nước sinh hoạt, cầu sử dụng nước tưới trong sản xuất nôngnghiệp, cầu nước công nghiệp, cầu sử dụng nước cho các mục tiêu môi trường, sinhthái đều tăng lên với tốc độ lớn Bên cạnh những thay đổi về kỹ thuật tài nguyên nước,những thay đổi về kinh tế xã hội có ảnh hưởng ngày càng lớn lên các quyết định chínhsách trong quy hoạch và quản lý tài nguyên nước Vì vậy, các nghiên cứu quy hoạch

và quản lý tài nguyên nước cần thiết có những tiếp cận phân tích kinh tế chuyênnghiệp để cung cấp thông tin đầy đủ cho các quyết định quản lý nền kinh tế

Tính chuyên nghiệp trong phân tích kinh tế tài nguyên nước được thể hiện ở hai khíacạnh căn bản là: (i) Như tuyên bố Dublin (1992) đã chỉ ra, nước có giá trị kinh tế vàcần được coi như một hàng hóa kinh tế, do vậy, khung quy hoạch và quản lý tàinguyên nước tại mọi quốc gia trên thế giới cần thiết phải bao gồm cả khung phân tíchkinh tế dựa trên tiếp cận kinh tế thị trường để phân tích và đánh giá các hoạt độngcung cấp và sử dụng tài nguyên nước; và (ii) Cũng như tuyên bố Dublin đã nói, nước

là một tài nguyên thiên nhiên ngày càng trở nên khan hiếm và dễ bị tổn thương, tức làkhác với các tài nguyên và các hàng hóa thị trường khác, ngành nước là một ngànhnổi tiếng vì có nhiều “thất bại thị trường”, tức là có nhiều đặc tính khiến cho các giaodịch thị trường nước sẽ tao ra nhiều ngoại ứng xấu Điều này hàm ý khung phân tíchkinh tế cho ngành nước phải được áp dụng dựa trên những nghiên cứu đặc biệt vềphân tích

„thất bại thị trường‟ và các biện pháp để khắc phục những sự cố này

Vì vậy, quy hoạch và quản lý tài nguyên nước đồng thời phải đứng trước những tháchthức lớn: bên cạnh việc gia tăng nghiên cứu và ứng dụng các tiến bộ khoa học tự nhiên

để gia tăng khả năng phân tích, đánh giá và dự báo các quy luật biến đổi về nước, còncần chú trọng tới công tác nghiên cứu và các biện pháp khắc phục các nhân tố “thất bại

thị trường”, và phát triển các thể chế thích hợp để quản lý nước để cải thiện quy hoạch

và quản lý tài nguyên nước Để đối phó với các thách thức nói trên, các chuyên giaquy hoạch và quản lý tài nguyên nước quốc tế đã đề xuất tiếp cận phát triển các công

cụ mô hình hóa theo tiếp cận mô phỏng và tối ưu hóa các bài toán quy hoạch và quản

lý tài nguyên nước ở các lưu vực sông khác nhau

2 Mục tiêu nghiên cứu

Do vậy, để góp phần giải quyết các thách thức trong quy hoạch và quản lý tài nguyênnước ở Việt Nam, mục tiêu của nghiên cứu này là xây dựng mô hình tối ưu hóa độngngẫu nhiên phục vụ quy hoạch và quản lý tài nguyên nước tính đến một cách có hệthống các cấu phần phân tích và đánh giá kinh tế

Để đáp ứng mục tiêu của nghiên cứu nói trên, các mục tiêu cụ thể của luận án là:Nghiên cứu và áp dụng khung phát triển thước đo giá trị kinh tế cho các sử dụng nướcdựa trên tiếp cận kinh tế thị trường có điều tiết, tức là xây dựng hàm mục tiêu xuấtphát từ các hàm giá trị và các hàm chi phí của các sử dụng nước vào điều kiện Việtnam

Dựa trên các hàm mục tiêu xây dựng được, xây dựng và phát triển các mô hình tối ưuhóa động ngẫu nhiên trên cơ sở Lý thuyết Tối ưu hóa cho bài toán phân bổ hiệu quảtài nguyên nước tại một số tiểu lưu vực tại LVSHTB

Tổ chức thu thập số liệu và các thông tin cần thiết cho giai đoạn được chọn cho phântích hiệu quả phân bổ nước và chạy các mô hình tối ưu hóa động tất định cũng nhưngẫu nhiên để xác định lời giải tối ưu và kiểm tra tính ổn định nghiệm để bảo đảm kếtquả tìm được là chắc chắn trước các nhiễu ngẫu nhiên khác nhau

Sau khi đã bảo đảm lời giải của các mô hình tối ưu đạt được yêu cầu về tính ổn định,

áp dụng mô hình trên để nghiên cứu một số đặc điểm về cấu trúc kinh tế của các hệthống Núi Cốc và Sơn La – Hòa Bình và rút ra những kết luận và hàm ý chính sáchcho điều chỉnh quy hoạch và quản lý cho các hệ thống này

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng chính của nghiên cứu là các hệ thống phân bổ nước cho các sử dụng nước.Tuy nhiên, nghiên cứu tập trung chủ yếu vào các hoạt động cung cấp nước cho tướilúa và cung cấp nước cho phát điện Các hoạt động sử dụng nước khác cũng đượcđưa vào mô hình, tuy nhiên không được đề cập chi tiết vì những hạn chế về quy môcủa luận án.

Các nghiên cứu của luận án thực tế sử dụng các số liệu và thông tin cho giai đoạnnghiên cứu 21 năm cho hệ thống Núi Cốc và 25 năm cho hệ thống Sơn La – Hòa Bình.Đây là điều kiện dài hạn nhằm phục vụ phát triển các mô hình động học

4 Các tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

Để phục vụ mục tiêu nghiên cứu theo tiếp cận mô hình hóa Quy hoạch và Quản lý Tàinguyên nước, tác giả đã sử dụng những phương pháp khoa học sau:

Khung mô hình hóa mô phỏng và tối ưu trong Quy hoạch và Quản lý Tài nguyênNước (tài liệu tham khảo là Quy hoạch và Quản lý Tài nguyên Nước của Loucks vàVan Beek, Nhà xuất bản UNESCO);

Khung nghiên cứu, phân tích, và đánh giá giá trị trong phân bổ tài nguyên nước (Tàiliệu chính tham khảo là Hệ thống Mô hình hóa Phân bổ nước ở Lưu vực Sông củaDiaz, Brown, và Sveinsoon (Mỹ)

Phương pháp xác suất, thống kê, kinh tế lượng: là những phương pháp sử dụng khoahọc xác suất thống kê để đo lường các đại lượng cũng như các quan hệ kinh tế dựatrên các quan sát và lấy mẫu ngẫu nhiên

Phương pháp mô hình hóa tối ưu hóa: là khoa học nghiên cứu về hệ thống động đượcđiều khiển một cách tối ưu Dựa vào phương pháp này có thể thiết kế các mô hình tối

ưu hóa động ứng dụng để mô phỏng tối ưu các hoạt động kinh tế ngành nước

Phương pháp kỹ thuật số để giải xấp xỉ các bài toán tối ưu hóa động Mặc dù luận án

đã sử dụng một số mô hình lý thuyết để mô tả và tìm lời giải tối ưu cho các hệ độnghọc phân bổ tài nguyên nước, nhưng phương pháp giải thực tế cho đại đa số các môhình vẫn là phương pháp xấp xỉ với sự giúp đỡ của máy tính Các kết quả tính toáncủa các mô hình trong luận án sử dụng nhiều các phương pháp này

Bên cạnh các phương pháp lý thuyết kinh tế tài nguyên nước, các phương pháp toánhọc và kỹ thuật tính toán máy tính, luận án còn dựa nhiều vào các thông tin được thuthập trong thực tế cung cấp và sử dụng tài nguyên nước Các phương pháp được sửdụng là lấy mẫu ngẫu nhiên và điều tra phỏng vấn người sản xuất cũng như ngườitiêu dùng, ví dụ như phương pháp CVM

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

5.1 Ý nghĩa khoa học:

Phát triển một cách có kế thừa công cụ toán học tối ưu hóa động ngẫu nhiên cho quyhoạch và quản lý nước tại LVSHTB: (1) Xây dựng được mô hình tối ưu hóa độngngẫu nhiên cho phân bổ hiệu quả tài nguyên nước ở một số tiểu lưu vực thuộcLVSHTB, góp phần thúc đẩy áp dụng các phương pháp mô hình hóa tân tiến vàonghiên cứu tài nguyên nước ở Việt nam; (2) Tích hợp một cách có hệ thống các cấuphần kinh như cấu trúc chi phí và hàm mục tiêu về lợi ích sử dụng nước tại khu vựcLVSHTB vào mô hình, góp phần phát triển nghiên cứu kinh tế một cách có hệ thống

dựa trên tiếp cận thị trường có điều tiết trong điều kiện của LVSHTB; (3) Sử dụng cácphần mềm hiện đại, ví dụ như Lingo (có bản quyền), là một phần mềm mới được pháttriển sau phần mềm truyền thống GAMS, góp phần thúc đẩy sử dụng các công cụ kỹthuật kỹ thuật số vào thực hành quy hoạch và quản lý nước ở Việt nam.

Ứng dụng tiếp cận tối ưu hóa động ngẫu nhiên là bài toán phức tạp Để nghiên cứu bàitoán động, luận án còn phải giải quyết một số mô hình con, ví dụ như xây dựng môhình cầu động cho tưới, cho dòng chảy đến của hồ chứa, … Việc xây dựng các môhình con này cũng góp phần phát triển mô hình hóa một số hệ thống động học, lànghiên cứu cơ bản để có thể phát triển các mô hình động học cho nhiều mô hình conkhác như cầu động cho thủy điện, cầu nước sinh hoạt, … cho nghiên cứu sau này.Phát triển công cụ tối ưu hóa động ngẫu nhiên để đánh giá thuộc tính “độc quyền tựnhiên” trong quy hoạch và quản lý tài nguyên nước cấp lưu vực sông Đây là vấn đềlần đầu tiên được quan tâm nghiên cứu ở Việt nam và hầu như cũng chưa đượcnghiên cứu trong phạm vi lĩnh vực quy hoạch và quản lý tài nguyên nước trên thếgiới, mặc dù đã được các chuyên gia kinh tế học mới phát triển để nghiên cứu trongmột số lĩnh vực độc quyền tự nhiên khác như hệ thống mạng lưới điện thoại, cácmạng internet, mạng lưới phân phối điện năng, vân vân Mặc dù, đây chỉ là mộtnghiên cứu bước đầu, nhưng chắc chắn sẽ đặt cơ sở nền tảng cho phát triển nhiềunghiên cứu kinh tế hiện đại để nâng cao quản lý rất có hiệu quả các dịch vụ sử dụngnước

5.2 Ý nghĩa thực tiễn

Trong hoàn cảnh hiện nay, Đảng và Chính phủ đang tiến hành công cuộc thúc đẩy pháttriển kinh tế theo định hướng kinh tế thị trường có điều tiết của Nhà nước để đẩymạnh tăng trưởng kinh tế của nước nhà, tuy nhiên, kinh nghiệm, hiểu biết, và trình độquản lý kinh tế hiện đại của các chuyên gia kinh tế Việt nam còn rất hạn chế, chưa đápứng yêu cầu của thời đại Cụ thể, Luật Thủy lợi vừa được Quốc hội thông qua vàotháng 6 năm 2007 đã đánh dấu một bước tiến quan trọng theo định hướng thị trườngnói trên Các nỗ lực nghiên cứu của luận án là nhằm góp phần cải thiện kiến thức hiểubiết và các biện pháp thực hành quản lý các hệ thống kinh tế định hướng thị trường

có điều

tiết của Nhà nước, phục vụ các nhiệm vụ kinh tế của ngành nước, cụ thể là quy hoạch

và quản lý nước ở cấp lưu vực sông

Ứng dụng tối ưu hóa động ngẫu nhiên trong phân bổ hiệu quả tài nguyên nước cũng

có vai trò quan trọng trong việc đặt nền móng các nghiên cứu về tài nguyên môitrường Trong quá trình làm luận án, tác giả đã tham gia các hội thảo, phân tích vàđánh giá các dự án quản lý kinh tế nước như Hội thảo “Định giá tài nguyên nước” doWorld Bank tổ chức, phản biện cho Đề tài “Kế toán Nước” của Viện Chiến lược,Chính sách Tài nguyên và Môi trường (Bộ Tài nguyên và Môi trường) và nhiềuseminar và hội thảo khác, và đã đóng góp nhiều ý kiến quan trọng được các chuyêngia đánh giá có chất lượng tốt Do vậy, có thể hy vọng rằng kinh tế nghiên cứu củaluận án sẽ tạo cơ sở cho nhiều đóng góp vào thực tế quy hoạch và quản lý tài nguyên

và môi trường nói chung và tài nguyên nước nói riêng

Hai ý nghĩa thực tiễn trên gắn với những chủ đề phát triển khung lý thuyết thích hợpcho nghiên cứu phân bổ hiệu quả tài nguyên nước tại LVSHTB Bên cạnh đó, còn mộtkhó khăn thực hành nữa mà luận án cần bỏ nỗ lực để khắc phục là khả năng tổ chứcthực hiện và vận hành các bài toán lớn bằng cách áp dụng các kỹ thuật hiện đại: Bêncạnh việc vận hành các phần mềm chương trình máy tính để chạy bài toán tối ưu hóađộng ngẫu nhiên, nhiều kỹ thuật khác cũng cần phải được xử lý như các mô hình môphỏng dòng chảy đến bằng các phương pháp kinh tế lượng phân tích số liệu chuỗi thờigian có tên gọi là Tự hồi quy Trung bình Trượt (ARIMA) để xây dựng các mô hìnhđộng về dòng chảy cũng như biến động giá cả

Ngoài ý nghĩa thực tiễn của việc áp dụng các công cụ hiện đại phục vụ trực tiếp cho

mô hình tối ưu hóa động, việc sử dụng các kỹ thuật hiện đại kết hợp với sử dụng các

mô hình tính toán kỹ thuật số tiến tiến còn tạo điều kiện để hướng tới việc phát triểncác phương pháp tiến tiến và hiện đại hơn như trí tuệ nhân tạo và các kỹ thuật tin họctiên tiến khác trong các nghiên cứu ngành nước trong tương lai gần, để theo kịp nhịp

độ phát triển của khu vực

6 Những đóng góp mới của luận án

Các đóng góp chính của luận án bao gồm:

(1) Thiết lập được bài toán phân bổ tối ưu tài nguyên nước cho 2 tiểu lưu vực củaLưu vực sông Hồng – Thái Bình và giải bài toán tối ưu trong môi trường Lingo.(2) Xây dựng phương pháp xác định và ước lượng cầu động của các yêu cầu sửdụng nước tưới và phát điện, làm số liệu đầu vào cho bài toán phân bổ nước tối

ưu theo các dự báo về xu thế phát triển của nền kinh tế trong tương lai

(3) Đưa ra phương pháp phân tích đặc tính cấu trúc của cơ chế độc quyền tự nhiên,xác định được tính mạnh yếu của độc quyền tự nhiên, làm cơ sở cho việc hoạchđịnh chính sách hợp lý trong quá trình quản lý các hoạt động dịch vụ về nước củacác đối tượng trực tiếp khai thác và quản lý tài nguyên nước

7 Cấu trúc luận án

Chương 1: TỔNG QUAN

Nội dung chương này mô tả các đặc điểm điển hình của Lưu vực Sông Hồng - TháiBình cùng với môi trường quy hoạch và quản lý tài nguyên nước trong phần lãnh thổViệt nam trong thời gian gần đây Chương này cũng chỉ ra tính cấp thiết cho nghiêncứu và các kết quả chính mà nghiên cứu đạt được

Chương 2: THIẾT LẬP BÀI TOÁN PHÂN BỔ TỐI ƯU TÀI NGUYÊN NƯỚC.

Nội dung chương này trình bày tóm tắt kiến thức cơ bản về Mô hình hóa Hệ thốngtrong Quy hoạch và Quản lý Tài nguyên Nước, Lý thuyết Kinh tế Tài nguyên Nước,

Lý thuyết Tối ưu hóa tất định, và từ đó xác định tiếp cận tối ưu hóa động cho bài toánphân bổ tài nguyên nước ở LVSHTB

Chương 3: PHÂN BỔ HIỆU QUẢ TÀI NGUYÊN NƯỚC CHO MỘT SỐ HỆ

THỐNG HỒ CHỨA TRONG LƯU VỰC SÔNG HỒNG – THÁI BÌNH

Chương này trình bày các kết quả thiết kế và xây dựng mô hình tối ưu hóa động tấtđịnh và ngẫu nhiên cho bài toán phân bổ hiệu quả kinh tế ở lưu vực sông Và trên cơ

sở đó chạy các chương trình tối ưu hóa động tất định và ngẫu nhiên cho một số hệthống như hệ thống Núi Cốc và hệ thống Sơn La – Hòa Bình

Kết luận và các kiến nghị: phần này tổng kết các kết quả nghiên cứu và các đề xuấtkiến nghị cho việc làm quyết định của các nhà quản lý hệ thống.

Phụ lục: Các kết quả nghiệm tối ưu cho các trường hợp khác nhau của nghiên cứu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

Dựa trên các báo cáo và các tài liệu khác của Viện Quy hoạch Thủy lợi Hà Nội, có thể

mô tả một cách tổng quan một số đặc điểm của chung của Lưu vực Sông Hồng – TháiBình và tình hình tóm tắt về quy hoạch và quản lý tài nguyên nước ở đây như sau

1.1 Đặc điểm chung của lưu vực

Lưu vực sông Hồng - Thái Bình là một lưu vực sông quốc tế bao phủ 169.000 km2 trảiqua 3 quốc gia Việt Nam, Trung Quốc và Lào Lưu vực sông Hồng – Thái Bình có khíhậu gió mùa cùng với các mùa mưa và khô rõ rệt

1.1.1 Các đặc trưng về khí hậu

Khí hậu của vùng châu thổ sông Hồng - Thái Bình được đặc trưng bởi độ ẩm và nhiệt

độ cao điển hình của khí hậu nhiệt đới với việc phân chia mùa rõ ràng Tại các vĩ độcao hơn của vùng phân thủy khí hậu có nhiều điểm tương tự như vùng cận nhiệt đới.Các mùa khí hậu ở vùng châu thổ sông Hồng bị ảnh hưởng mạnh bởi gió mùa

Lượng mưa hàng năm thay đổi mạnh từ (700†2.100) mm/năm ở Trung Quốc,(1.200†4.800) mm/năm ở Việt Nam Lượng mưa cao nhất là ở vùng phân thủy sông

Đà, sau đó là sông Thao và sông Lô Tổng số ngày mưa ở Việt Nam thay đổi trongkhoảng (125†160) ngày Lượng mưa cũng thay đổi mạnh giữa các vùng lãnh thổ ởViệt Nam

Dòng chảy trên lưu vực sông Hồng - Thái Bình được tạo thành bởi lượng mưa nămtrung bình tại Sơn Tây khoảng 118 tỷ m3 tương đương với lưu lượng là 3.743 m3/s.Nếu sông Thái Bình, sông Đáy và vùng châu thổ được đưa vào xem xét, tổng lượngdòng chảy có thể đạt tới 135 tỷ m3, bao gồm 82,54 tỷ m3 (khoảng 61.1%) của tổnglượng dòng chảy ở Việt Nam và 52,46 tỷ m3 (khoảng 38,9%) được hình thành ởTrung Quốc Vì vùng lãnh thổ hay bị gián đoạn và lượng mưa không được phân phốiđều, dòng chảy thay đổi từ tiểu lưu vực này tới tiểu lưu vực khác

Trong số 3 sông nhánh lớn thượng nguồn của sông Hồng, sông Đà có lưu lượng caonhất khoảng 42% Sông Thao có cùng diện tích lưu vực như sông Đà nhưng lưulượng

thấp nhất, chỉ vào khoảng 19% Sông Lô có diện tích thấp nhất nhưng lưu lượng chỉđứng sau sông Đà chiếm 25,4% (so với lưu lượng tại Sơn Tây)

1.1.2 Các đặc điểm kinh tế xã hội

Vùng châu thổ sông Hồng ở Việt Nam trải rộng qua 24 tỉnh thành và tổng dân số đạttới 29 triệu người (năm 2009), chiếm 95% dân số của miền Bắc

Nền kinh tế ở vùng châu thổ đang phát triển mạnh, vùng này có thể chia nhỏ thành 2vùng kinh tế: vùng đồng bằng sông Hồng và vùng trung du bao gồm các vùng núi ởphía Bắc Các thành phố lớn bao gồm Hà Nội, là trung tâm quốc gia về kinh tế, chínhtrị và văn hóa, Vĩnh Phúc, Hải Dương, Hưng Yên, Hải Phòng

GDP của vùng châu thổ và vùng trung du đại diện cho gần 20% GDP quốc dân, GDPđầu người của vùng trung du năm 2010 ở phía Bắc là 9.765 nghìn đồng (43% củaGDP trung bình đầu người của quốc gia) trong khi GDP đầu người của vùng châu thổ

là vào khoảng 23.736 nghìn đồng (104% của GDP trung bình đầu người quốc gia)

1.1.3 Tình hình quản lý tài nguyên nước của Hệ thống Sông Hồng Thái Bình

1.1.3.1 Tại Trung Quốc

Một phần quan trọng của vùng phân thủy của hệ thống sông thuộc về Trung Quốc vàthông tin về những vùng này là khan hiếm Điều này gây ra những khó khăn để ViệtNam có thể dự báo dòng chảy đến hiện thời và tương lai từ những vùng lãnh thổ này

và hậu quả là khó dự báo hiệu quả cho quản lý tài nguyên nước Thông tin hiện tại vềphần lưu vực ở Trung Quốc cho thấy Trung Quốc tăng cường khai thác lưu vực đểsản xuất thủy điện: Có bằng chứng cho thấy khoảng 62 thủy điện từ nhỏ đến trungbình nằm ở thượng nguồn sông Đà, sông Lô và sông Thao đang vận hành hoặc sẽđược quy hoạch

Các hồ chứa này ở Trung Quốc chủ yếu được xây dựng từ năm 2007, tổng công suấtcủa các hồ chứa là hơn 4 tỷ m3 Chúng chủ yếu có kích thước trung bình và nằm ởthượng nguồn lưu vực sông Đà, trong khi một số nằm ở sông Thao và sông Lô Tuynhiên, thông tin về những nhà máy này (vị trí, công suất trữ nước, cách sử dụng

nước,…) là không đủ và tạo ra những khó khăn tiềm tàng cho quản lý tài nguyênnước của hệ thống sông Hồng - Thái Bình, các khó khăn có thể thuộc 2 loại:

Trong mùa lũ (từ tháng 6 đến tháng 11), các hồ chứa của vùng phân thủy sông Đàthường trữ nước từ giữa tháng 6 đến tháng 7, vì chúng thường không liên quan đếnnhững vấn đề lũ lụt Các hồ chứa này có thể đạt tới công suất đầy đủ ở đầu mùa lũ vàtrong trường hợp có lũ, vì sự an toàn của các hồ chứa đó, các hồ chứa có thể xả mộtlượng nước lớn và không dự tính trước so với dòng chảy đến Nếu điều đó xảy ra,công suất kiểm soát lũ của các hồ chứa trên sông Đà ở Việt Nam sẽ lâm vào tình trạngnguy hiểm

Vào mùa khô (tháng 12 đến tháng 5), các hồ chứa ở Trung Quốc, chủ yếu quan tâmđến sản xuất thủy điện, xả lượng nước cố định để sản xuất điện mà không ảnh hưởngtiêu cực đến chính sách xả nước ở phần vùng lưu thủy Việt Nam nhằm cung cấp nướctưới Tuy nhiên, khi mùa khô kết thúc vào tháng 4, các hồ chứa Trung Quốc bắt đầuchững nước, làm giảm dòng chảy vào Việt Nam gây ra ảnh hưởng đến khả năng sẵn

có nước vào cuối mùa khô

1.1.3.2 Tại Việt Nam

Hệ thống Hồng Thái Bình ở phía Việt Nam có 4 hồ chứa đa mục tiêu lớn: Hòa Bình,Thác Bà, Tuyên Quang và Sơn La đang vận hành để đáp ứng các nhu cầu của ViệtNam về sản xuất thủy điện, cung cấp tưới và kiểm soát lũ Công suất cắt lũ là 8,45 tỷ

m3, công suất sử dụng là 19,86 tỷ m3 và công suất thủy điện được lắp đặt là 6.246MW

Hồ Thác Bà hoàn thành năm 1971, thiết kế ban đầu là để cung cấp nước và sản xuấtthủy điện (440MW) không có kiểm soát lũ Vào năm 1977, trách nhiệm kiểm soát lũcho vùng đồng bằng đã được bổ sung Vì Hòa Bình và Sơn La đang vận hành cho nênkiểm soát lũ trở nên không đáng kể

Hồ Hòa Bình xây dựng trên Sông Đà và vận hành vào năm 1991 cho các mục đíchkiểm soát lũ, sản xuất thủy điện và cung cấp nước cho hạ du Vai trò của hồ trongkiểm soát lũ ở vùng Châu thổ rất quan trọng Công suất chống lũ đạt tới 4,9 tỷ m3,công suất lắp đặt 1.920 MW, công suất cung cấp nước hữu ích là 9,5 tỷ m3/s

Hồ chứa Sơn La được xây dựng trên Sông Đà bắt đầu vận hành vào năm 2010 với cáctrách nhiệm chính là để cắt lũ dọc hồ chứa Hòa Bình với công suất 7 tỷ m3 (có khảnăng chia 3 tỷ m3 cho Hòa Bình và 4 tỷ m3 cho Sơn La), công suất cung cấp nước là6,504 tỷ m3 và tạo năng lượng là 2.400 MW

Hồ Tuyên Quang xây dựng trên sông Gâm hoàn thành năm 2007 mục đích phòng lũcho thành phố Tuyên Quang và đồng bằng Bắc bộ, công suất lắp đặt 750 MW

Ngoài bốn hồ chứa đa mục tiêu còn có các hồ chứa kích thước trung bình ở phầnthượng du của vùng phân thủy với mục tiêu chính là sản xuất thủy điện và cung cấpnước: (i) Lưu vực Sông Đà: Nam Chiến (132x106m3), Bản Chác (1.616x106m3), HuổiQuảng (115x106m3); (ii) Lưu vực Sông Lô-Gâm: Na Lê (103x106m3, 90MW), (iii)Cầu-Thương-Lục Nam Núi Cốc (168x106m3), Cấm Sơn (227x106m3)

1.2 Công tác quy hoạch và quản lý

1.2.1 Công tác ra quyết định ở cấp quy hoạch

Làm quyết định ở cấp quy hoạch cho các hồ chứa nói chung được thực hiện bởi Chínhphủ Theo Luật Xây dựng Việt Nam, tất cả các hoạt động đầu tư cho các kế hoạch xâydựng phải được tuân thủ theo quyết định và được chấp thuận ở các cấp đặc biệt

Các hoạt động quy hoạch có thể được thay đổi và liên quan tới các ngành khác nhau.Trong việc xây dựng các hệ thống tưới và các công trình điều tiết và quản lý nước, cóquy hoạch tài nguyên nước, quy hoạch năng lượng (cụ thể đối với tưới là: quy hoạchtưới, kiểm soát lũ, tần suất lũ, cung cấp nước, hệ thống đê điều; đối với điện có: quyhoạch và phát triển điện quốc gia của các nhà máy năng lượng nhỏ và trung)

Quy hoạch tài nguyên nước được thực hiện bởi bộ Tài nguyên môi trường, là nơi thiếtlập và đệ trình hoặc chấp thuận sau khi tư vấn các bộ, ban, ngành khác có liên quan;Quy hoạch năng lượng do Bộ Công Thương thực hiện, là nơi thiết lập và đệ trình hoặcchấp thuận sau khi tham khảo các bộ ban ngành có liên quan;

Các công việc xây dựng lớn và chủ yếu cần được đệ trình lên Quốc hội và phải đượcphê duyệt bởi Quốc hội trước khi xây dựng

1.2.2 Công tác quy hoạch ở mức quản lý

Các hồ chứa Sơn La, Hòa Bình, Tuyên Quang, Thác Bà và các nhà máy thủy điệnđược phân loại là cơ sở hạ tầng đa mục tiêu và chiến lược Do vậy, vận hành hệ thốngcác hồ không được quản lý bởi các công ty mà chịu sự quản lý trực tiếp của Bộ CôngThương (MOIT) và Bộ Nông nghiệp & PTNT (MARD), là các Bộ sử dụng tiếp cậnđiều tiết tổng hợp cho các trụ cột sản xuất năng lượng, phòng lũ và cung cấp nước.

Về việc làm quyết định thường ngày để vận hành hoạt động Liên hồ chứa, vai trò nàythuộc về Trung tâm Điều độ Quốc gia (A0), là một đơn vị thuộc Tập đoàn Điện lựcViệt Nam (EVN) và dưới sự giám sát của MOIT và EVN A0 trong điều kiện khôngkhẩn cấp cung cấp kiểm soát ngày các cơ sở hạ tầng chiến lược bằng cách tuyên bốlịch xả nước theo giờ của họ Điều chỉnh ngày cần được thực hiện phù hợp với Quyhoạch Điều tiết Tháng được Cục Điều tiết Điện lực (ERAV) và EVN công bố Kếhoạch Điều tiết Tháng (MRP) sẽ cập nhật Kế hoạch Xả nước Năm (ARP) Điều nàysau đó được xác định hàng năm vào cuối Tháng Mười hai bởi ERAV

1.2.3 Quy hoạch ràng buộc cho tưới vụ Đông Xuân

Đầu tháng 12 Vụ Trồng trọt (DCP/MARD), và Sở NN&PTNT các tỉnh (DARD) thuthập và đệ trình cho DWR/MARD các kế hoạch mùa vụ lịch tưới cho mùa vụ tưới sắptới ở các huyện (tháng 1 đến tháng 5) Trong khi Trung tâm Khí tượng Thủy văn(NCHMS) thuộc MONRE thu thập các kịch bản khí tượng thủy văn và thủy triều chocùng giai đoạn này

Cầu nước trong hệ thống được ước lượng bằng cách sử dụng các phương pháp thôngthường Đối với các diện tích canh tác phương pháp được sử dụng là phương phápđáp ứng yêu cầu nước mùa vụ Những sử dụng nước sinh hoạt và công nghiệp đượctính bởi lượng được sử dụng nhân với quy mô của hộ sử dụng nước

của Trung tâm Khí tượng Thủy văn Quốc gia, nếu mùa lũ có khả năng kết thúc sớm,được Ban Chỉ đạo Phòng chống lụt bão Trung ương cho phép, được phép tích dần saocho đến ngày 30 tháng 9 đạt cao trình mực nước dâng bình thường

1.3 Tình hình ứng dụng tối ưu hóa cho quy hoạch và quản lý tài nguyên nước trên thế giới

Phân bổ hiệu quả tài nguyên nước trong các lưu vực sông ngày càng trở nên một vấn

đề tối quan trọng Mục này sẽ trình bày một số đánh giá tổng quan của các nhà nghiêncứu thế giới về các mô hình kết hợp kinh tế thủy văn để đề cập tới những vấn đề củaquy hoạch và quản lý tài nguyên nước liên quan tới phân bổ hiệu quả tài nguyênnước

1.3.1 Mô hình hóa quản lý tài nguyên nước cấp lưu vực sông

Nghiên cứu này xuất phát từ một khung của bài toán quy hoạch và quản lý tài nguyênnước cấp lưu vực sông Bài toán này đã được nghiên cứu khá rộng rãi trong thời giangần đây ở khắp nơi trên thế giới Một số nghiên cứu điển hình được trích dẫn trongtiểu mục này và ba tiểu mục tiếp theo là: cuốn sách “Water Resources SystemsPlanning and Management” của Daniel P Loucks và Eelco van Beek (UNESCO,2015), và một nghiên cứu tổng quan “Modeling Water Resoucres Management at the

Basin Level: Review And Future Directions” của các chuyên gia Daene C McKinney,

Ximing Cai, Mark W Rosegrant, Claudia Ringler, và Christopher A Scott (IWMI,

 Hàm mục tiêu là một công cụ hữu ích để phản ánh nhiều quy tắc, nguyên tắc, vàràng buộc trong quản lý tài nguyên nước trong khung mô hình hóa Trong nhiềutrường hợp, một vài mục tiêu (hiệu quả kinh tế, phúc lợi xã hội, bền vững môi

trường, vân vân) phải được xử lý với một cách đồng thời;

 Một hệ thống lưu vực sông được tạo thành bởi ba cấu phần: (1) các cấu phầnnguồn như các con sông, các kênh dẫn, các hồ chứa, và các tầng ngậm nước; (2)các cấu phần cầu (các ruộng được tưới, các nhà máy công nghiệp, và các thànhphố) và sử dụng trên dòng chảy (thủy năng, giải trí, môi trường); và (3) các cấuphần trung gian như các nhà máy và các trang thiết bị tái sử dụng và tái chế nước;

 Trên cơ sở tổng quan này, những vấn đề quản lý của các hệ thống lưu vực sôngnói chung giả định cung cấp nước bắt đầu từ những con sông, các hồ chứa, và cáctầng ngậm nước Các dòng chảy đến tới những thực thể này có thể được tính toánqua các mô hình dòng chảy thoát-mưa Các tác động của dao động thời tiết vàthủy văn đối với cung cấp nước có thể được đưa vào các mô hình quản lý nướcqua mô tả các kịch bản thời tiết và thủy văn;

 Nước có thể được sử dụng cho các mục đích trên dòng chảy, bao gồm nhà máythủy năng, giải trí, hòa tan chất thải, cũng như các mục đích ngoài dòng chảyđược phân phối cho các sử dụng nước nông nghiệp và các sử dụng nước thành thị

và công nghiệp (M&I) Mục tiêu của việc mô hình hóa là tối đa các lợi ích kinh tế

xã hội của khu vực lưu vực sông, là nơi không chỉ bao gồm các đóng góp tích cực

từ các giá trị kinh tế và sử dụng nước M&I, lợi nhuận từ tưới, và các lợi ích từ các

sử dụng nước trên dòng chảy, mà còn đòi hỏi tính tới thiệt hại môi trường do xảchất thải M&I, tiêu nước tưới, và các tác động tiêu cực tiềm năng lên các sử dụngtrên dòng chảy;

 Đặc biệt quan trọng cho các phân tích cấp lưu vực là các mô hình có hai kiểu căn

bản là: các mô hình mô phỏng hành vi tài nguyên nước phù hợp với tập các quy

tắc đã được xác định trước (thực tế và giả tưởng) để điều hành phân bổ nước và

vận hành cơ sở hạ tầng, và các mô hình tối ưu và lựa chọn phân bổ và cơ sở hạ

tầng dựa vào một hàm mục tiêu (kinh tế hoặc khác) và kết hợp với các ràng buộc;

 Trong khi đánh giá hoạt động hệ thống có thể tốt nhất được đề cập với các môhình mô phỏng, các mô hình tối ưu là hữu ích hơn nếu cải thiện hoạt động hệthống là mục tiêu chính Các mô hình cũng có thể bao gồm đồng thời cả các khảnăng mô phỏng lẫn tối ưu hóa;

 Trong các mô hình tối ưu hóa, đặc biệt ở cấp lưu vực, các tương tác thủy văn,thủy lực giữa các nguồn nước chính và các sử dụng của chúng có thể được mô tả

ít chi tiết hơn so với chúng có thể để nắm bắt động học tài nguyên rộng lớn hơn.Khi đã biết khối lượng đáng kể và độ phức tạp của số liệu và các phân tích đượcyêu cầu để hỗ trợ các quyết định chính sách ở cấp lưu vực, các kiểu mô hình đượcnghiên cứu được chỉ ra ở trên rõ ràng thể hiện tiếp cận khoa học tốt nhất cho nhậnbiết, kiểm định và ứng dụng thành công các chiến lược phân bổ tài nguyên nướcmột cách hiệu quả và hợp lý

1.3.2 Kinh tế học phân bổ tài nguyên nước

Về vấn đề nghiên cứu kinh tế trong mô hình hóa quy hoạch và quản lý tài nguyênnước cấp lưu vực, Rosegrant và Meinzen-Dick (1996) đã chỉ ra rằng:

Chỉ bằng cách nghiên cứu tất cả các cấu phần tương tác hưởng lợi từ và gây hại chonguồn tài nguyên, sử dụng tối ưu từ quan điểm xã hội mới có thể được thiết lập Bởivậy, cùng với sự khan hiếm ngày càng gia tăng của nước và sự cạnh tranh gia tăng đốivới nước qua các ngành, các vấn đề kinh tế trong phân bổ nước đang ngày càng giatăng tầm quan trọng trong quản lý lưu vực sông

Tổng hợp kinh tế học vào các mô hình lưu vực sông yêu cầu kết hợp các hàm sản xuất

sử dụng nước như các đầu vào, và các hàm cầu đối với nước để ước lượng giá trị củanước theo các ngành Ước lượng giá trị của các kiểu cầu khác đối với nước bên tronglưu vực sông, kể cả các cầu môi trường, chất lượng nước, cầu giải trí, và thủy năngcũng là đáng mong muốn Tuy nhiên, do một số hạn chế về quy mô của luận án, các

mô hình được xem xét chủ yếu tập trung vào một số tiểu lưu vực như Hệ thống NúiCốc và Hệ thống Sơn La – Hòa Bình với các sử dụng chính bao gồm nước tưới vànước cho phát điện Các mục tiêu khác thể hiện trong các ràng buộc của mô hình Mụctiếp theo sẽ nghiên cứu tổng quan các phương pháp khác nhau cho đo lường giá trịcủa nước trong các sử dụng nông nghiệp và phi nông nghiệp

Đánh giá giá trị Nước cho Sử dụng Nông nghiệp

Hàm sản xuất sản lượng mùa vụ và sử dụng nước

Dinar và Letey (1996) trong nghiên cứu của mình đã nêu lên bộ phận căn bản của môhình hóa cho ước lượng hàm cầu sử dụng nước trong nông nghiệp là hàm sản xuất, làhàm số liên hệ sản lượng mùa vụ với sử dụng nước và các đầu vào khác Các tác giảcũng chỉ ra có bốn kiểu hàm sản xuất thường được sử dụng là: Các mô hình bốc thoáthơi nước của mùa vụ (Hanks và Hill, 1980), các mô hình mô phỏng (Dinar và Letey,1996; Cardon và Letey, 1992; …), các mô hình ước lượng (Dinar và Letey, 1996;Moore, Gollehon, và Negri, 1993; …) và các mô hình lai ghép, kết hợp ba kiểu trên(Howitt, 1995; Rosegrant và Shetty, 1994; …)

Một tiếp cận khác để xây dựng hàm sản xuất cho sản xuất nông nghiệp là tiếp cận quyhoạch tối ưu được tóm tắt trong cuốn “Economics of Water Resources” của Griffin(2006) Theo các chuyên gia trong tiếp cận này, ước lượng cầu sản xuất nông nghiệpđối với nước và giá trị nhận được của khối lượng nước đó trong sản xuất cũng đòi hỏimột quy tắc quyết định để xác định lựa chọn chung của những người nông dân về mẫuhình mùa vụ, mức sử dụng nước, và các công nghệ tưới, dựa trên các điều kiện chi phíđầu vào và giá đầu ra Do vậy, để được sử dụng bên trong một mô hình lưu vực sông

để đánh giá các quyết định phân bổ nước của nông dân, các hàm sản xuất cho các mùa

vụ được trồng bên trong lưu vực nói chung được thể hiện bên trong một khung tối ưuhóa Tối ưu trong hoàn cảnh của mô hình hóa lưu vực sông đã được thảo luận tươngđối chi tiết trong Chương 3 Các nhà kinh tế tài nguyên nước có công lớn trong ướclượng hàm sản xuất theo tiếp cận quy hoạch toán học này là Bowen và Young (1985),Young (2005), Buller (1991), Balasubramamiam, Somasundarum, và Pundarikanthan(1996)

Ngoài ra, các nhà nghiên cứu còn đề cập tới các tiếp cận quy hoạch động để phát triểncác hàm sản xuất để ứng dụng vào các mô hình kinh tế động trong quy hoạch và quản

lý nước Các nghiên cứu tiêu biểu là Bryant, Mjelde, và Lacewell (1993); Dudley(1988); Knapp và Wichelns (1990); Srivavasta và Patel (1992) và nhiều nhà nghiêncứu khác Ở Việt nam các hảm sản xuất tưới và phát điện đã được nghiên cứu trong

Đề tài nghiên cứu cấp Bộ về Tính giá trị của nước (Đào Văn Khiêm, 2009)

Đánh giá giá trị của hàm cầu phi nông nghiệp đối với nước

Những phức tạp quan trọng trong đánh giá giá trị của nước phi nông nghiệp bao gồm:(1) thiếu vắng các thị trường nước chính thức, mà giá trị của nước cũng như của cáchàng hóa khác chỉ có thể được xác định rõ ràng trên các thị trường; (2) tính „khôngcạnh tranh‟ và „không loại trừ‟ trong tiêu dùng nước; và (3) tính lưu động về mặt vật

lý của nước làm cho tính toán xấp xỉ giá nước một cách chính xác trở nên khó khăn

Có hai tiếp cận tổng quát đã được sử dụng trong việc suy luận ra giá trị của các sửdụng nước phi nông nghiệp: các kỹ thuật đánh giá giá trị dựa vào thị trường, và các kỹthuật đánh giá giá trị dựa vào phi thị trường

Các kỹ thuật đánh giá giá trị dựa vào thị trường

Hàm cầu là một cấu phần cơ bản để xác định các giá trị kinh tế khác nhau Cụ thể: hàmtổng giá trị (thô) của sử dụng nước là tích phân của hàm cầu sử dụng nước; thặng dưngười tiêu dùng, là cách biệt giữa ý muốn thanh toán của người tiêu dùng với mức giáthực tế phải trả, cũng được tính toán dựa trên hàm cầu sử dụng nước này; tổng thặng

dư nhà sản xuất, tức là lợi nhuận của họ cũng được rút ra một cách tương tự Cáccông trình nghiên cứu về hàm cầu sử dụng nước phi nông nghiệp thể hiện nhiều nỗ lựccủa các nhà nghiên cứu kinh tế tài nguyên nước Một số công trình điển hình như:

(1986) và Schneider và Whitlach (1991) Những nghiên cứu gần đây hơn ướclượng các hàm cầu đối với nước bao gồm những nghiên cứu của Lyman (1992);Hewitt và Hanemann (1995); và Dandy, Nguyen, và Davies (1997)

Turnovsky 1969; DeRoy 1974; Babin, Willis, và Allen (1982)

bao gồm Young (1996); và một số nghiên cứu được trích dẫn từ mô hình Aquarius

sẽ được đề cập một cách chi tiết trong nội dung Chương 3

Các kỹ thuật phi thị trường

Trong quy hoạch và quản lý nước, các hoạt động hiếm khi được diễn ra thông qua cơchế thị trường Vì vậy, các kỹ thuật ước lượng giá trị sử dụng nước phi thị trường làbiện pháp để đáp ứng tính toán trong những trường hợp đó Các tiếp cận phi thịtrường cho đánh giá giá trị của nước bao gồm các phương pháp đánh giá giá trị suyluận hoặc ưa thích được bộc lộ và các phương pháp đánh giá giá trị ngẫu nhiên(CVM)

Các phương pháp ưa thích được bộc lộ liên quan tới việc gán các mức giá tiềm ẩn cho(1) việc tiếp cận tài nguyên, theo nghĩa chi tiêu mà các cá nhân phải bỏ ra để sử dụngtài nguyên hoặc cho (2) các thuộc tính của tài nguyên, như chất lượng nước Cácphương pháp chính thuộc loại trên trong các nghiên cứu quy hoạch và quản lý nước lànhư sau:

 Phương pháp CVM suy ra phản ứng trực tiếp của những người sử dụng từ nhữngcâu hỏi điều tra đã được biên soạn trước về lượng tiền mà họ muốn thanh toáncho các dịch vụ nước hoặc cho những thay đổi giả tưởng được chỉ ra Một khốilượng lớn các tài liệu nghiên cứu đã được phát triển trong 20 năm qua cho đánhgiá giá trị các hàng hóa công cộng với các kỹ thuật phi thị trường Carson et al.(1997) trích dẫn hầu hết 2000 nghiên cứu có sử dụng CVM đã được thực hiện

 Trong số các kỹ thuật ưa thích được bộc lộ, kỹ thuật được sử dụng rộng rãi nhất

là phương pháp chi phí du lịch (TCM) Kỹ thuật này một cách điển hình được ápdụng để đánh giá giá trị của chất lượng nước và các lợi ích dựa vào giải trí nhưng

nó cũng có thể được sử dụng để ước lượng giá trị của nước sinh hoạt cho nhữngngười tiêu dùng Giá trị thường được ước lượng bằng cách hồi quy mức độ sửdụng của một nguồn đặc biệt, ví dụ như được đo lường bởi một số lượng cácchuyến thăm viếng tới khu chỗ giải trí, các giếng nước, các trạm bơm, hoặc nhữngkhu vực ngoài trời khác, tương ứng với chi phí đi lại được yêu cầu cho sử dụngcác nguồn nước Phương pháp TCM ban đầu được đề xuất bởi Harold Hotelling(1947) và được nâng cấp bởi Clawson và Knetsch (1966)

 Phương pháp định giá hưởng lạc cũng ước lượng các lợi ích dựa trên các lựachọn được bộc lộ về các hàng hóa có liên quan (Cropper và Oates 1992) Phương

pháp

hưởng lạc dựa trên ý tưởng là giá của hàng hóa thị trường có thể được phân táchthành các thuộc tính của nó, và giá tiềm ẩn tồn tại cho mỗi một trong những thuộctính đó Từ một mẫu của các hàng hóa thị trường tương tự một cách gần gũi vớinhau, giá cả tiềm ẩn có thể được ước lượng với các kỹ thuật kinh tế lượng, làphương pháp có thể ước lượng mối quan hệ giữa giá trị của các đặc tính khácnhau của hàng hóa đó Tiếp cận này thường được sử dụng cho đánh giá giá trịchất lượng hoặc giá trị thẩm mỹ của tài nguyên nước Nước tưới cũng được đánhgiá giá trị bằng tiếp cận này, thông qua ước lượng tác động của khả năng sẵn cócủa nước lên giá trị của đất đai canh tác (Young 2005)

Các hàm lợi ích cho nước trong bối cảnh Lưu vực Sông

Các hàm lợi ích cho nước liên quan một cách chặt chẽ với khái niệm hàm cầu đượcgiới thiệu ở trên Một hàm lợi ích đối với nước là tích phân của hàm cầu đã nói ở trên,

là hàm biểu diễn giá trị như một hàm số của khối lượng Nó cho phép trực tiếp đolường thay đổi trong lợi ích gắn liền với những gia tăng hoặc suy giảm trong cung cấpnước Sử dụng các hàm lợi ích tương đối tổng hợp có thể là đặc biệt hữu ích trong môhình hóa lưu vực sông khi số liệu và tài nguyên không cho phép ước lượng các hàmsản xuất tách rời và các hàm cầu hộ gia đình riêng biệt

Booker và Colby (1995) cung cấp một tập hoàn chỉnh của các hàm cầu kinh tế cho các

sử dụng cạnh tranh cho lưu vực sông Colorado Các hàm lợi ích cận biên, là nhữnghàm đo lường giá trị kinh tế như một hàm của cung cấp nước, đã được phát triển chocác sử dụng trên dòng chảy và ngoài dòng chảy Mô hình Aquarius của của nhómnghiên cứu Rocky Mountain Station của Dịch vụ Rừng của Mỹ cũng đã sử dụng tiếpcận này để xây dựng hàm lợi ích tổng hợp ở cấp lưu vực sông, và các chi tiết của môhình này sẽ được đề cập một cách chi tiết ở các phần sau

1.3.4 Mô hình kinh tế thủy văn tổng hợp và các phát triển gần đây

Trong nghiên cứu của mình về mô hình hóa mô hình quản lý tài nguyên nước cấp lưuvực sông, McKinney, Ximing Cai và các đồng tác giả chỉ ra:

- Bất kể tầm quan trọng to lớn của các biến kinh tế trong phân bổ và quản lý tàinguyên nước, các nghiên cứu tài nguyên nước nói chung vẫn bị thống trị bởi cácnghiên cứu thủy văn, thủy lực, tức là quy hoạch tài nguyên nước theo quan điểm

kỹ thuật

- Mặt khác, các nghiên cứu phân tích kinh tế hoặc chính sách thường chỉ tập trungvào tối đa lợi nhuận của các sử dụng nước cho các mục đích tưới, công nghiệp, vàsinh hoạt, dựa trên điều kiện khối lượng cung cấp nước tại điểm lấy nước hoặcđiểm phân phối

- Tuy nhiên, quản lý tài nguyên nước yêu cầu một tiếp cận liên ngành, tổng hợp cáckhoa học tự nhiên lẫn xã hội Các nghiên cứu kinh tế và thủy văn, thủy lực kết hợptại mức lưu vực sông tốt nhất phải được thiết lập để phân tích và đánh giá nhữngvấn đề quản lý và chính sách (Young 2005)

Braat và Lierop (1987) cũng đã đưa ra các thảo luận để mô hình hóa kinh tế, thủy văn,thủy lực cũng áp dụng trong thực hành: Các mối quan hệ được mô hình hóa cần giảithích cho chuyển nhượng hiệu quả thông tin từ một cấu phần này sang một cấu phầnkhác Một số lớn rào cản phải được vượt qua để đạt tới mục tiêu tổng hợp Các môhình thủy văn, thủy lực thường sử dụng các kỹ thuật mô phỏng, trong khi, thôngthường, các mô hình kinh tế sử dụng tối ưu hóa, thường gây ra những khó khăn tronggiao dịch thông tin giữa hai cấu phần

McKinney, Ximing Cai và các đồng tác giả cũng chỉ ra hai tiếp cận để phát triển các

mô hình kinh tế, thủy văn, thủy lực tổng hợp: tiếp cận mô hình hóa cục bộ và tiếp cận

hệ thống

- Trong tiếp cận cục bộ có một sự kết nối lỏng lẻo giữa các cấu phần kinh tế và thủyvăn, thủy lực, tức là chỉ số liệu đầu ra thường được chuyển nhượng giữa các cấuphần Các mô hình khác nhau do vậy có thể là rất phức tạp, nhưng phân tíchthường là khó khăn hơn do kết nối lỏng lẻo giữa các cấu phần Các công trìnhnghiên cứu chính theo tiếp cận này bao gồm Howe và Orr (1974); Hartman và

Seastone (1970); Gardner và Fullerton (1968); Cummings và McFarland (1974);Noel và Howitt (1982); và gần đây hơn, Lefkoff và Gorelick (1990a); Lee vàHowitt (1996)

- Trong tiếp cận hệ thống, có một đơn vị đơn nhất với cả các cấu phần kết nối chặtchẽ với một mô hình phù hợp, và một khung phân tích tổng hợp được cung cấp.Tuy nhiên, cấu phần thủy học thường được đơn giản hóa một cách đáng kể donhững phức tạp giải mô hình Tiếp cận này yêu cầu sử dụng một kỹ thuật đơn (môphỏng, quy hoạch động, …) và một mẫu số đơn cho các khối lượng khả biến.Trong tiếp cận mô hình hóa hệ thống, chuyển nhượng thông tin được tổ chức mộtcách nội sinh Các công trình nghiên cứu sử dụng tiếp cận hệ thống bao gồm một

số nghiên cứu điển hình của Booker (1996); Henderson và Lord (1995), Harding,Sangoyomi, và Payton (1995); Hardy (1995); Faisal, Young, và Warner (1997)

1.4 Ứng dụng nghiên cứu tối ưu hóa cho quy hoạch và quản lý tài nguyên nước tại lưu vực sông Hồng

1.4.1 Quy hoạch tài nguyên nước ở vùng lưu vực sông Hồng Thái Bình

Từ 2005 tới 2007, một nghiên cứu hoàn chỉnh khởi đầu của Bộ Nông nghiệp & PTNTnhằm quy hoạch tổng thể tài nguyên nước tại sông Hồng - Thái Bình do Viện Quyhoạch Thủy lợi (IWRP) thực hiện Mục tiêu của nghiên cứu này là cung cấp một phântích chi tiết về sử dụng nước ở lưu vực trong trường hợp hạn hán, ô nhiễm nguồnnước, nhiễm mặn và lũ lụt Thêm nữa, quy hoạch cũng bao gồm phân tích và ướclượng cầu nước tưới, cung cấp nước (ví dụ nước sinh hoạt, công nghiệp, thủy sản,

….) Mô hình toán mô phỏng lũ đã được xây dựng để thể hiện trạng thái kiểm soát lũ.Nghiên cứu này đã phân tích các kịch bản lũ khác nhau của phát triển kinh tế và nângcao hệ thống thủy lợi trên lưu vực với một số điểm nổi bật như sau:

với chu kỳ lũ 300 hoặc 500 năm và trong tình trạng ngập lụt 1 tháng

thổ Hồng Thái Bình với các kịch bản phát triển kinh tế xã hội cho giai đoạn 2005

1960-Một số biện pháp quản lý khác nhau đã được đề xuất trong nghiên cứu này để cảithiện hiệu quả của sử dụng nước trong lưu vực:

- Đề xuất xây dựng một số hồ chứa trên lưu vực với tổng công suất hữu ích là11.406 tỷ m3 và công suất phòng lũ là 7.135 tỷ m3 Tuy nhiên, trạng thái của các

đề xuất này không rõ ràng và vẫn còn bằng chứng để phải xem xét lại các hồ chứanày trong hệ thống

lên mức 4.532.425 ha vào năm 2020, tức là 30.3% độ bao phủ rừng vào năm 2010tới 43% và 50% vào năm 2020

1.4.2 Nghiên cứu vận hành liên hồ chứa

Vận hành hồ chứa và liên hồ chứa là một vấn đề then chốt xuất hiện thường xuyêntrên diễn đàn của các nhà quản lý và là chính sách ở mỗi quốc gia Nhiều nghiên cứu

và nguồn lực đã được đầu tư để giải quyết vấn đề này thậm chí mặc dù nhiều pháthiện và kết quả đáng kể chỉ được giới hạn vào một số nghiên cứu được trình bày vàphân tích ở đây Một tiếp cận đầy đủ và tổng hợp trong vận hành liên hồ chứa vẫncòn bị thiếu để bảo đảm một giải pháp đột phá tiên phong để tối ưu phân phối vàquản lý tài nguyên nước tại châu thổ sông Hồng Thái Bình

Nhiều nhà nghiên cứu và quản lý đã nỗ lực trong việc xây dựng quá trình vận hành ởViệt Nam, nói riêng ở vùng châu thổ sông Hồng Thái Bình

Hà Văn Khối và Lê Bảo Trung (2003) đã tiến hành bước đầu nâng cao trong nghiêncứu của các ông về việc áp dụng phương pháp quy hoạch động 2 chiều cho vận hành 3

hồ chứa Hòa Bình, Sơn La và Lai Châu trên sông Đà Tuy nhiên, thành công này mớichỉ ở giai đoạn ban đầu và cần nhiều đầu tư thêm nữa

Hoàng Thanh Tùng (Đại học Thủy Lợi 2010) đã kiểm định thành công phần mềmCristall – Ball (phần mềm quy hoạch tích cực ngẫu nhiên) để ước lượng vận hành tối

ưu cho các hồ chứa thủy điện phụ thuộc nhau và nghiên cứu khả năng áp dụng phầnmềm cho bài toán liên hồ chứa

Năm 2005-2006, Trường Đại học Thủy Lợi (GS.TS Lê Kim Truyền làm Chủ nhiệm)

đã thực hiện đề tài khoa học cấp nhà nước “Nghiên cứu cơ sở khoa học và thực tiễnđiều hành cấp nước mùa kiệt cho đồng bằng sông Hồng” Tuy nhiên nghiên cứu nàychỉ mới dừng lại ở mức nghiên cứu tổng quan cho vận hành các công trình cung cấpnước trong mùa khô và không tiến hành xây dựng quá trình vận hành tỉ mỉ các hồchứa lớn

Năm 2005, Viện Quy hoạch Thủy lợi đã nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu, ứng dụngcông nghệ GAMS phục vụ quy hoạch, quản lý và khai thác hệ thống công trình thuỷlợi vùng thượng du sông Thái Bình” Là một trong số những nghiên cứu đầu tiên khởiđầu cho việc tối ưu hóa cung cấp nước trong mùa khô ở vùng châu thổ sông Hồng sửdụng hệ thống hỗ trợ quyết định tiên tiến Tuy nhiên, nghiên cứu chủ yếu tập trung vàogiải quyết phân phối nước tối ưu ở vùng đồng bằng mà không mạo hiểm vào quá trìnhvận hành các hồ chứa lớn ở thượng du

Năm 2007, Viện Quy hoạch Thủy lợi đã nghiên cứu “Quy trình vận hành Liên hồ chứatrên sông Đà và sông Lô phục vụ đa mục tiêu, đảm bảo an toàn và phát triển kinh tế xãhội đồng bằng sông Hồng Thái Bình Kết quả quá trình điều tiết cung cấp nước trongmùa khô đã được xây dựng và khuyến cáo cho các cơ quan chức năng đã được phêchuẩn Nhưng vẫn còn những vấn đề lớn trong quá trình vận hành của các hồ chứa lớnvùng thượng nguồn Hòa Bình, Thác Bà và Tuyên Quang về việc liệu nó có giải quyếtđược mâu thuẫn giữa phát điện và cung cấp nước hay không Có một vài đặc điểmcủa nghiên cứu này cần được xem xét như là sự đổi mới khiêm tốn

Hà Ngọc Hiến (Viện Cơ học) đã thực hiện nghiên cứu có tiêu đề “Mô hình vận hànhtối ưu chống lũ theo thời gian thực cho hệ thống hồ chứa trên sông Đà và sông Lô”2008-2009 Nghiên cứu đã tập trung vào xử lý tối ưu hóa tự động sử dụng mô hìnhđộng học thủy văn thời gian thực trong mùa lũ Bởi vậy, nhiều ràng buộc trong cungcấp và quản lý nước không được xem xét, ví dụ như cung cấp nước đa ngành trongmùa khô, …

Dự án được tài trợ bởi MONRE có tiêu đề “Nghiên cứu tổng quan các tác động của hệthống hồ chứa trên Sông Đà và Sông Lô trong mùa khô và đề xuất giải pháp để bảo

đảm tài nguyên nước cho vùng đồng bằng” do Tiến sĩ Nguyễn Lan Châu làm chủnhiệm được triển khai trong giai đoạn 2008-2010 Dựa trên kết quả của dự án này vàmột số nghiên cứu khác, MONRE đã xây dựng quy trình vận hành bốn hồ chứa trongmùa khô, và đã được ban hành tại Quyết định số 1287/QĐ-TTg của Thủ tướng Chínhphủ.

Độc lập với các nghiên cứu này, EVN đã tổ chức nghiên cứu của riêng mình về quátrình vận hành của bốn hồ chứa lớn nhất lưu vực Sông Hồng Các quyết định điều tiếtđược xây dựng cho vận hành hồ chứa trong mùa lũ và mùa khô liên quan tới cầu điện

và yêu cầu cung cấp nước

Viện Quy hoạch Thủy lợi đã thực hiện đề tài độc lập cấp nhà nước “Nghiên cứu xâydựng quy trình vận hành hệ thống Liên hồ Sơn La, Hòa Bình, Thác Bà và TuyênQuang trong mùa kiệt” do TS Bùi Nam Sách làm chủ nhiệm trong các năm 2011-2013

1.4.3 Các thách thức trong việc xây dựng thủ tục vận hành liên hồ chứa

Tồn tại một số thách thức mà đa số các nghiên cứu này đã đối mặt trong việc đưa ragiải pháp cuối cùng cho quản lý liên hồ chứa:

tất cả đều được dựa trên các nghiên cứu tách biệt về các mùa lũ và mùa khô Dovậy, trữ và xả nước toàn cục trong các mùa khác nhau không được liên kết vớinhau một cách tổng thể Thêm vào đó sự tham gia giữa các bên trong thươnglượng phân phối nước vẫn còn thô sơ và không được nghiên cứu tốt trong thờigian xây dựng quá trình vận hành

vận hành của các hồ chứa trong mùa khô xét tới an ninh cung cấp nước cho vùngđồng bằng đã được xem xét trong những năm gần đây Do vậy, nghiên cứu đượcthực hiện đã mang lại các kết cục tích cực dựa trên các bằng chứng khoa học Tuynhiên, cơ sở khoa học tốt hơn cùng với thực hành quản lý vẫn còn là cần thiết