Phát triển mô hình tối ưu hoá động nghiên cứu, phân tích và đánh giá kinh tế đối với quy hoạch, quản lý và khai thác tài nguyên nước ở hệ thống sông Hồng- Báo cáo tổng hợp

Nội dung nghiên cứu hiện thời sẽ tập trung nỗ lực vào việc ứng dụng mô hình hóa các mô hình lý thuyết tối ưu hóa động cũng như các tính toán bằng số cho bài toán phân bổ nước trong một

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI

PHÁT TRIỂN MÔ HÌNH TỐI ƯU HOÁ ĐỘNG NGHIÊN CỨU, PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ KINH TẾ ĐỐI VỚI QUY HOẠCH,

QUẢN LÝ VÀ KHAI THÁC TÀI NGUYÊN NƯỚC

Ở HỆ THỐNG SÔNG HỒNG

CNĐT: BÙI THỊ THU HOÀ

9779

HÀ NỘI – 2012

MỞ ĐẦU

Lịch sử phát triển kinh tế thế giới đã cho thấy, theo thời gian, các xã hội

và các nền kinh tế kèm theo của chúng thường phát triển về năng suất và sản lượng, khiến cho quy mô sản xuất của tổng thể không ngừng tăng lên Sản xuất quy mô lớn, trái với nền sản xuất tự cung tự cấp gắn liền với chế độ kinh

tế tập trung quan liêu bao cấp, đòi hỏi toàn bộ xã hội và các thành viên kinh tế phải tuân thủ những luật lệ, quy tắc, quy chế của một chế độ kinh tế phù hợp,

đó là cơ chế kinh tế thị trường Cơ chế kinh tế đó đã được chấp nhận và đang ngày càng phổ biến rộng rãi ở xã hội của chúng ta, và Nhà nước của chúng ta đang luôn khẳng định và yêu cầu các quốc gia phát triển trên thế giới thừa nhận chúng ta đang là quốc gia có nền kinh tế thị trường trên phạm vi toàn thế giới

Chấp nhận cơ chế thị trường không có nghĩa là chúng ta phải phát triển thương mại một cách tùy ý trong các lĩnh vực có “thất bại thị trường” (market failure), ví dụ như đối với các lĩnh vực như quản lý và khai thác nhiên liệu hóa thạch, quản lý khai thác rừng, quản lý và phát triển tài nguyên nước, … Đối với các khu vực “thất bại thị trường”, trách nhiệm hàng đầu phải thuộc về

sự “điều tiết” của khu vực công cộng, và nói riêng là khu vực nhà nước, thông qua các công cụ điều tiết truyền thống như biện pháp tài chính (đánh thuế và chi tiêu chính phủ), biện pháp tiền tệ, và biện pháp điều chỉnh (regulation method)

Trong một nền kinh tế thị trường phát triển ngày càng trở nên phức tạp, can thiệp của chính phủ đối với các thất bại thị trường ngày càng trở nên khó khăn, đòi hỏi những người làm quyết định phải có được nhiều kiến thức hiểu biết về nhiều lĩnh vực khác nhau Trong ngành nước, các kiến thức căn bản đó

là các kiến thức vật lý về chuyển động của các hệ thống nước, như các khoa học thủy văn, thủy lực, kiến thức về địa chất, thổ nhưỡng, sinh học, nông học,

… và liên quan tới tất cả những kiến thức trên chính là các quy luật của khoa học kinh tế xã hội của toàn bộ hệ thống như một tổng thể

Nếu hệ thống thương mại của một nền kinh tế được ví như một mạng lưới vận chuyển, cung cấp, phân phối hàng hóa và dịch vụ cho toàn bộ các thành viên để duy trì sự sống của toàn bộ xã hội, thì kinh tế học chính là khoa học phục vụ cho sự điều tiết và can thiệp của chính phủ nhằm sửa chữa những trục trặc của hệ thống thương mại để bảo đảm lưu thông Trong lĩnh vực ngành nước, can thiệp của chính phủ là hết sức quan trọng ví dụ như phân bổ nước cho tưới không mang lại những lợi ích to lớn tính bằng tiền so với các

sử dụng nước khác trong điều kiện bình thường, nhưng lại giữ vai trò sống còn khi an ninh lương thực bị đe dọa; nước sinh hoạt cho người nghèo đô thị

và khu vực nông thôn mang lại nhiều giá trị cho xã hội nhưng khó được ước lượng qua những đơn vị tiền tệ; nước cho năng lượng rất khó được so sánh với nước cho du lịch và phát triển chăn nuôi; nước mang lại nhiều lợi ích nhưng lại dễ bị ô nhiễm, vậy chi phí khắc phục ô nhiễm và lợi ích cần phải được đánh đổi như thế nào, và còn rất nhiều ví dụ khác

May mắn thay, các nhà kinh tế khắp nơi trên toàn thế giới đã có những

nỗ lực lớn lao để giải quyết những vấn đề nói trên không chỉ giới hạn trong ngành nước mà còn phổ biến rộng rãi trong lĩnh vực kinh tế tài nguyên thiên nhiên nói chung Mặc dù chưa đạt được những thỏa thuận như mong muốn, nhưng các nhà kinh tế tài nguyên thiên nhiên và môi trường đã ngày càng có sức thuyết phục với những vấn nạn hàng đầu thế giới như cạn kiệt nhiên liệu hóa thạch và vấn đề ấm nóng toàn cầu Các công cụ được các nhà khoa học sử dụng ngày càng trở nên có hiệu lực và ngày càng đa dạng phong phú, giúp nhiều cho họ ứng phó với các thách thức phát sinh Một trong những công cụ

đó là tiếp cận mô hình hóa tối ưu hóa động

Tiếp cận tối ưu hóa động (và cả tối ưu tĩnh) kết hợp với các công cụ hiện đại của công nghệ thông tin đã giúp cho các tính toán của các nhà khoa

học ngày càng gần gũi với quảng đại quần chúng nói chung, cũng như gần gũi với các nhà quản lý và làm quyết định thực hành Cùng với sự đóng góp của các lý thuyết tối ưu và các công nghệ tính toán, các nhà khoa học đã cho thể

số hóa các bài toán phân bổ tài nguyên nước phức tạp trong các kịch bản vừa phức tạp về không gian vừa phức tạp về thời gian, ví dụ so sánh giá trị của nước không chỉ giữa nhiều sử dụng nước khác nhau, mà còn đánh giá giá trị tương đối giữa chúng theo cả chiều dài của thời gian Với sự cân nhắc ngày càng chi tiết hơn như vậy, chắc chắn các nhà quản lý và các nhà làm quyết định sẽ ngày càng có được những thông tin rõ ràng và đáng tin cậy hơn để có thể can thiệp tháo gỡ những khó khăn trong sự vận hành hàng ngày hàng giờ của toàn bộ hệ thống tài nguyên nước trong một khu vực nào đó của nền kinh

tế

Nội dung nghiên cứu hiện thời sẽ tập trung nỗ lực vào việc ứng dụng

mô hình hóa các mô hình lý thuyết tối ưu hóa động cũng như các tính toán bằng số cho bài toán phân bổ nước trong một số hệ thống tài nguyên điển hình trong khu vực hệ thống sông Hồng-Thái bình Nhóm nghiên cứu đã chọn một số hệ thống điển hình như sau Do hệ thống sông Hồng - Thái Bình là không thể tách rời nhau về mặt thuỷ văn cũng như thuỷ lực Vì vậy trong nghiên cứu này sẽ tập trung nghiên cứu chính vào hai hệ thống con là: Hồ núi Cốc thuộc nhánh sông Thái Bình và hệ thống Lô Gâm thuộc nhánh sông Hồng Hệ thống Lô Gâm điển hình cho vùng thượng lưu sông Hồng Đây là

hệ thống liên hồ phức tạp gồm ba sông, hai hồ Hệ thống sông Nhuệ - nơi được lựa chọn nghiên cứu ảnh hưởng tác động ô nhiễm- hạ lưu của hệ thống sông Hồng

Nhóm nghiên cứu lựa chọn ba hệ thống con điển hình là hệ thống Núi cốc - Cụ thể, nghiên cứu hiện thời sẽ: mô hình hóa và tính toán đánh giá về những thiệt hại môi trường của hệ thống sông Nhuệ theo các mô hình tối ưu động; mô hình hóa và tính toán các kịch bản khác nhau về phân bổ nước cho

các sử dụng khác nhau cho các hệ thống sông như Hệ thống Núi cốc (sông Công trong hệ thống sông Thái bình), Hệ thống sông Lô-Gâm-Chảy trong Hệ thống sông Hồng Các kịch bản điển hình như lựa chọn phân bổ nước cho các

sử dụng tưới và chăn nuôi cá hoặc du lịch và các sử dụng khác nữa được áp dụng cho Hệ thống Núi cốc, là nơi mà các nhà lãnh đạo địa phương rất quan tâm tới sử dụng nước cho phát triển kinh tế Các kịch bản tối ưu hóa động cho phân bổ nước trong các hệ thống đa-hồ chứa được áp dụng cho Hệ thống Lô- Gâm-Chảy, nơi mà quy mô kết hợp theo không gian đóng một vai trò quan trọng, tuy nhiên, tiềm năng phát triển còn chưa đạt được quy mô đáng mong muốn

Tuy nhiên, do các nguồn lực về thời gian cũng như quy mô nghiên cứu của đề tài hiện thời còn chưa đủ để có thể phát triển chi tiết thêm, mặc dù, về căn bản, các cấu trúc của việc mô hình hóa đã được chỉ ra, các kết cấu chương trình quy hoạch động chính đã được chạy thử thành công, và các số liệu thực

tế ở quy mô của một hệ thống nguồn nước trung bình (như Hệ thống Núi cốc)

đã được sử dụng hợp lý Kết quả của nghiên cứu hiện thời cho thấy, nếu được

hỗ trợ để tiếp tục phát triển, nhóm nghiên cứu sẽ hoàn toàn có thể bảo đảm chạy chương trình tối ưu hóa động cho các hệ thống con khác trong toàn bộ

Hệ thống sông Hồng-Thái bình và có thể phát triển tiếp cho các hệ thống tài nguyên nước quan trọng khác như Hệ thống sông Đồng nai, hoặc Hệ thống đồng bằng sông Mê Kông

PHẦN 1: TỔNG QUAN

1.1 KINH TẾ TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN

1.1.1 Đặt vấn đề

Từ những năm cuối thập kỷ 70 của thế kỷ 20, một chuyên ngành kinh tế

đã hình thành và phát triển không ngừng cho tới tận ngày nay Đó là chuyên ngành Kinh tế Tài nguyên Thiên nhiên và Môi trường (KTTNMT) Thoạt tiên, KTTNMT được xuất hiện từ mối quan tâm về các tài nguyên cạn kiệt như dầu mỏ, than đá và các tài nguyên hóa thạch khác, nhưng sau đó phạm vi quan tâm đã được mở rộng cho nhiều lĩnh vực khác, như tài nguyên tái tạo, trong đó có tài nguyên nước

Mối băn khoăn căn bản nhất của các nhà KTTNMT là với một khối lượng tài nguyên thiên nhiên cố định mà thiên nhiên ban tặng, nền kinh tế toàn cầu nói chung sẽ phải được phát triển như thế nào để duy trì mức tiêu dùng vĩnh cửu? Đây là một câu hỏi thực tế nhưng rất nan giải Trong số ba nhân tố sản xuất căn bản nhất của mọi nền kinh tế là Vốn, Lao động và Tài nguyên Thiên nhiên, Tài nguyên Thiên nhiên thực sự là một đầu vào được cho từ bên ngoài, tức là không phải do con người tạo ra Vì vậy, con người khó có thể can thiệp vào quá trình tạo ra nhân tố sản xuất này

Nhìn chung, có hai giải pháp chính cho giải quyết vấn đề cạn kiệt của nhân tố sản xuất Tài nguyên Thiên nhiên Thứ nhất là giải pháp trông chờ vào phát triển khoa học công nghệ, và giải pháp thứ hai là giải pháp kinh tế Nhiều nhà nghiên cứu đánh giá khả năng cứu cánh thông qua con đường phát triển tiến bộ khoa học kỹ thuật để tiết kiệm, để phục hồi tái chế và tìm kiếm các tài nguyên thiên nhiên mới phục vụ sản xuất Tuy nhiên, nhìn một cách tổng quát, trên thực tế hiện nay, trình độ khoa học công nghệ, mặc dù đã có nhiều tiến bộ vượt bậc, chưa thể đóng một vai trò đáng kể nào trong việc cung cấp nguồn tài nguyên thay thế cho khối lượng không lồ tài nguyên truyền thống

mà các nền kinh tế vẫn thường sử dụng

Một tiếp cận thay thế cần được được xem xét là tiếp cận kinh tế Nói một cách nôm na, tiếp cận kinh tế là tiếp cận tìm kiếm cách đánh đổi tài nguyên thiên nhiên có thể bị cạn kiệt bởi các đầu vào sản xuất khác không phải là tài nguyên thiên nhiên truyền thống Nhân số sản xuất đầu tiên mà các nhà kinh

tế chú ý tới, dĩ nhiên, là đầu vào vốn, vì vốn là một nhân tố sản xuất chính và hầu như là duy nhất do con người chủ động tạo ra trong một quá trình có tên gọi là quá trình hình thành và tích lũy vốn

Bên cạnh tiếp cận truyền thống là bài toán đánh đổi giữa tài nguyên thiên nhiên và vốn, các nhà kinh tế cũng chú trọng tới đánh đổi giữa tài nguyên thiên nhiên và lao động Khái niệm lao động ở đây đã được tổng quát hóa theo hướng nguồn nhân lực, tức là đánh giá khả năng lao động theo kiến thức

và kỹ năng của lao động, chứ không phải lao động giản đơn như tiếp cận truyền thống Khi đã được “vốn hóa”, lao động không còn là lao động giản đơn được xác định bên ngoài hệ thống kinh tế nữa, mà là một đại lượng được hình thành và tích lũy thông qua các quá trình nhân tạo như đào tạo, giáo dục, bồi dưỡng, nâng cao, … Trong tình huống đó, vốn-con người cũng được hình thành và tích lũy hoàn toàn tương tự như vốn hiện vật trong một quá trình hình thành và phát triển

Vì vậy, một cách điển hình, bài toán kinh tế tài nguyên thiên nhiên, về bản chất là một bài toán xem xét sự đánh đổi giữa nhân tố sản xuất tài nguyên thiên nhiên có thể bị cạn kiệt với một nhân tố sản xuất khác (vốn hoặc vốn- con người) được tạo ra bởi quá trình hình thành và tích lũy được điều khiển bởi con người (Trích từ Đào Văn Khiêm, “Chuyên đề về KTTNMT”, 2012) Theo một tiếp cận khoa học như vậy, các nhà KTTNMT đã xây dựng lên một chuyên ngành khoa học kinh tế với nhiều đóng góp lý thú và hữu ích cho phát triển kinh tế, đặc biệt là những bài toán đặc biệt quan trọng liên quan tới vấn

đề to lớn như vấn đề biến đổi khí hậu toàn cầu như hiện nay

1.1.2 Bài toán tài nguyên cạn kiệt

Như đã nói ở trên, bài toán KTTNMT nói trên là bài toán xem xét khả năng thay thế (khả năng đánh đổi) giữa nhân tố sản xuất tài nguyên thiên nhiên có thể bị cạn kiệt với nhân tố sản xuất vốn Tuy nhiên, vốn là một khái niệm kinh tế truyền thống chỉ có thể được hiểu một cách đầy đủ thông qua quá trình hình thành và tích lũy vốn Và, quá trình này được nghiên cứu thông qua các mô hình hình thành và tích lũy vốn, trong đó kho vốn ( K ) được tính toán thông qua một luồng đầu tư ( I ) trong một khoảng thời gian dài-hạn Quá trình này được mô tả bởi một mô hình toán đơn giản nhất dưới dạng rời rạc và liên tục sau đây:

( )

0

T

t t

K I t e dtρ

=

Bắt đầu từ mô hình hàm sản xuất nổi tiếng, chúng ta có quan hệ giữa Sản

lượng (Q) với Vốn ( K ), Lao động (L), và Tài nguyên Thiên nhiên (R) là:

Q Q K L R = (1.3) Nhưng do Lao động giản đơn không liên hệ tới Tài nguyên thiên nhiên, cho nên để cho tiện, chúng ta chỉ xét hàm sản xuất đưới dạng

Q Q K R = (1.4) Khi đó, hệ số đánh giá khả năng đánh đổi giữa các nhân tố sản xuất, cụ

thể là giữa Vốn và Tài nguyên thiên nhiên là độ co giãn thay thế giữa K và R:

/ /

/ /

trong đó σ là độ co giãn thay thế giữa K và R; QK = ∂ Q / ∂ K là sản phẩm cận biên của vốn, và QR = ∂ Q / ∂ R là sản phẩm cận biên của tài nguyên Đây chính

là thước đo của sự thay thế giữa hai nhân tố sản xuất trên và tỷ lệ này sẽ được nghiên cứu và đánh giá trong các mô hình KTTNMT

Khi đó, bài toán khai thác tài nguyên thiên nhiên có thể bị cạn kiệt được

mô tả bởi mô hình toán tối ưu hóa động sau đây:

Tối đa phiếm hàm mục tiêu:

(1.6) tùy thuộc vào ràng buộc:

và

trong đó W là phúc lợi xã hội, U là hàm tiện ích (utility function), Ct là khối lượng tiêu dùng, ρ là hệ số chiết khấu, St là dự trữ tài nguyên, Rt là khối

lượng tài nguyên được khai thác tại năm t Để giải bài toán (1.6), chúng ta sử

dụng Nguyên lý Cực đại của Pontragin Kết quả điều kiện cần là như sau:

(1.7) trong đó HC là Haminton giá trị hiện tại, Pt và giá kinh tế tài nguyên, ωt là giá kinh tế của vốn, còn các ký hiệu khác đã được nhắc tới từ trước

Hai điều kiện đầu trong (1.7) là các điều kiện hiệu quả tĩnh đã biết từ các chương trình kinh tế học cơ bản, còn hai điều kiện sau chính là hai điều kiện hiệu quả động, trong đó hành vi của giá tài nguyên và giá của vốn được thể hiện trong điều kiện thứ ba và thứ tư một cách tương ứng Từ các kết quả căn bản trong (1.7), các nhà kinh tế sẽ chỉ ra các kịch bản ứng xử cho các tình huống cụ thể của quá trình cạn kiệt tài nguyên của một số tài nguyên quan trọng như các nhiên liệu hóa thạch và một số tài nguyên khan hiếm khác Một hệ quả quan trọng của kết quả nghiên cứu của các nhà KTTNMT đối với mô hình tài nguyên có thể cạn kiệt này được thể hiện trong quy tắc có

tên gọi là Quy tắc Hartwick phát biểu như sau: để bảo đảm tiêu dùng không bị

giảm xuống trong một khoảng thời gian tương lai vô hạn, cần phải đầu tư tất

cả lợi nhuận và tô kinh tế thuần túy từ các tài nguyên không tái tạo vào việc sản xuất ra vốn có thể tái tạo như máy móc, nhà xưởng, kiến thức của con người, … Tuy còn nhiều giả thiết ngầm phức tạp chưa được trình bày ở đây,

nhưng quy tắc này chứng tỏ một lời giải cho khả năng kéo dài tác động của các tài nguyên cạn kiệt để bảo đảm cho bài toán tiêu dùng vô hạn

1.1.3 Bài toán tài nguyên tái tạo

Sự băn khoăn của các nhà kinh tế tài nguyên thiên nhiên không chỉ dừng lại với các tài nguyên có thể cạn kiệt Việc mở rộng lĩnh vực nghiên cứu sang các tài nguyên có thể phục hồi hoặc tài nguyên tái tạo bắt nguồn từ sự kiện khai thác và sử dụng tài nguyên thiên nhiên dẫn tới ô nhiễm môi trường, đặc biệt là ô nhiễm môi trường gắn liền với hiện tượng biến đổi khí hậu Trong một hoàn cảnh như vậy, các tài nguyên có khả năng phục hồi hoặc tái tạo cũng sẽ bị tác động dẫn tới hậu quả có thể hủy hoại các nguồn tài nguyên này Vấn đề này được trình bày dưới dạng mô hình toán học như sau:

Cực đại phiếm hàm mục tiêu:

(1.8) với hai phương trình chuyển động là:

(1.9) Một số lưu ý cần được nhận xét ở đây là:

• Nếu tài nguyên là không-tái tạo, G S ( ) = 0 , và do vậy phương trình chuyển động thứ nhất trong (1.9) chuyển thành trường hợp riêng

như vậy đã được áp dụng rộng rãi vào các trường hợp cụ thể và tạo ra các lĩnh vực kinh tế tài nguyên môi trường chuyên ngành, ví dụ điển hình như kinh tế sinh thái, kinh tế đất đai, kinh tế lâm nghiệp, kinh tế đàn cá biển, kinh tế tài nguyên nước, … Trong nội dung báo cáo này, chúng tôi sẽ tập trung nhiều vào lĩnh vực Kinh tế Tài nguyên Nước và phần tiếp theo sẽ giới thiệu bài toán kinh tế tài nguyên nước một cách tổng quát

1.2 KINH TẾ TÀI NGUYÊN NƯỚC

1.2.1 Giới thiệu

Ngày nay trên thế giới nước ngày càng trở nên khan hiếm Do khan hiếm ngày càng gia tăng, cạnh tranh và xung đột giữa các lĩnh vực sử dụng nước và những người sử dụng nước cũng ngày càng phát triển Bởi vậy cần phải đưa

ra các quyết định về bảo tồn và phân bổ nước sao cho tương thích với các mục tiêu xã hội như hiệu quả kinh tế, tính bền vững và công bằng

Trong những năm 1970s của thế kỷ 20, những vấn đề phát triển không bền vững như khoảng cách giàu nghèo trong quá trình phát triển kinh tế, tình trạng đô thị hóa quá nhanh chóng, và thực tế ô nhiễm môi trường và cạn kiệt tài nguyên đã nổi lên một cách rất nghiêm trọng ở nhiều nơi trên thế giới, đặc biệt ở các quốc gia đang phát triển

Chính vì vậy, tài nguyên nước được coi là nguồn tài nguyên vô tận nhưng đang trở nên quan trọng hơn vì những lợi ích kinh tế nhiều hơn mà nó mang lại Nguồn tài nguyên tưởng như vô tận này đang được khuyến cáo là đang dần dần khan hiếm và cần được tiết kiệm tối đa Tầm quan trọng của tài nguyên nước đang được đánh giá đúng mức Bốn nguyên tắc Dublin (Ireland, 1992) được thảo luận và thống nhất trong hội nghị về nước và môi trường đã làm cơ sở nền tảng cho quản lý tổng hợp tài nguyên nước Những nguyên tắc này đã phản ánh sự thay đổi nhận thức của con người về tài nguyên nước Nội dung các nguyên tắc Dublin là:

Nguyên tắc 1: Nước ngọt là tài nguyên hữu hạn, không tài nguyên nào có

thể thay thế được, rất thiết yếu để duy trì cuộc sống, phát triển xã hội và môi trường

Nguyên tắc 2: Phát triển và bảo vệ tài nguyên nước phải dưạ trên phương

pháp tiếp cận có sự tham gia của tất cả các thành phần bao gồm cả những người sử dụng nước, người lập quy hoạch và người xây dựng chính sách ở tất

cả các cấp

Nguyên tắc 3: Phụ nữ có vai trò trung tâm trong việc cung cấp, quản lý

và bảo vệ nguồn nước

Nguyên tắc 4: Nước có giá trị kinh tế trong mọi hình thức sử dụng và

phải cần được xem như một loại hàng hoá có lợi ích kinh tế

Trong các nguyên tắc trên thì nguyên tắc 4 là nguyên tắc đã làm thay đổi mạnh mẽ nhất đến nhận thức của con người về tài nguyên nước

Một sai lầm kéo dài hàng nhiều thế kỷ trước đây là không nhận biết được giá trị kinh tế của tài nguyên nước và coi nước như một nguồn lợi của tự nhiên có thể sử dụng tự do hoàn toàn miễn phí Điều này khiến cho nước được sử dụng một cách tuỳ tiện, kém hiệu quả và người dùng không có ý thức bảo vệ năng lực tái tạo của tài nguyên nước Nhiệm vụ của chúng ta là phải tính toán đầy đủ giá trị kinh tế và giá trị nội tại của tài nguyên nước, và tạo cơ chế cho người dùng nước có đủ khả năng sử dụng nước và trả đủ chi phí cho việc mua nước cũng như trách nhiệm của họ trong việc bảo vệ nguồn nước Trước khi đi tính toán giá trị kinh tế của tài nguyên nước thì chúng ta phải làm rõ khái niệm: thế nào là hàng hóa kinh tế? và tại sao lại phải coi nước là một loại hàng hóa kinh tế?

1.2.2 Giá trị kinh tế của nước

Trước hết chúng ta phải làm rõ nghĩa của thuật ngữ “hàng hoá kinh tế“ Hàng hoá kinh tế chỉ chỉ xuất hiện trong một xã hội loài người với các hoạt động sản xuất lớn (kèm theo là sự khan hiếm) và trao đổi Trong quá trình

trao đổi, các bên tham gia hoạt động trao đổi đưa ra các hàng hóa có giá trị kém hơn đối với họ để đổi lấy những hàng hóa mà họ cảm thấy có giá trị hơn Sau khi trao đổi, mỗi bên nhận được hàng hóa có giá trị cao hơn, và cả hai bên sẽ cùng thỏa mãn mãn hơn trong quá trình trao đổi Nói tóm lại, toàn bộ các bên sẽ nhận được một phúc lợi cao hơn so với trước khi quá trình trao đổi diễn ra Vì vậy, hoạt động trao đổi và hoạt động thương mại sau này sẽ cải thiện phúc lợi cho cả hai bên

Vì trong một môi trường kinh tế các hoạt động trao đổi hay thương mại diễn ra khắp nơi, cho nên các hàng hóa tham gia trao đổi đều có một giá trị nào đó, cho dù giá trị có thể khác nhau đối với từng cá nhân Các nhà kinh tế

đã bỏ ra nhiều công sức cho việc nghiên cứu tính toán xác định giá trị của hàng hóa đối với mỗi cá nhân và thông qua đó xác định giá trị chung cho xã hội

Về mặt truyền thống, các thước đo giá trị căn bản trong kinh tế học là thước đo Marshall và thước đo Hicks Thước đo giá trị của Hicks là hợp lý hơn về mặt khoa học so với thước đo giá trị Marshall, tuy nhiên, thước đo Marshall là đơn giản và dễ sử dụng hơn Mặt khác, theo bài báo nổi tiếng của Wiglitz (1976) thước đo Marshall có thể xem như là một xấp xỉ tốt của thước

đo giá trị của Hicks, vì trong thực tế, khác biệt giữa hai thước đo nói trên là tương đối nhỏ so với giá trị của các hàng hóa Vì vậy, các nhà kinh tế vẫn thường sử dụng thước đo giá trị Marshall như là một xấp xỉ của giá trị thực của hàng hóa kinh tế

Thước đo giá trị Marshall được định nghĩa là tích phân của diện tích nằm bên dưới đường cong cầu Marshall và bị chặn bởi hai đường thẳng đứng là các giá trị trên và dưới của khối lượng hàng hóa được người tiêu dùng mua Đối với hàng hóa và dịch vụ có liên quan tới sử dụng nước, giá trị được nghiên cứu và tính toán bởi nhiều nhà kinh tế tài nguyên nước nổi tiếng, trong

số đó có Robert Young (2005), Ariel Dinar (1996), … Các ứng dụng tính

toán giá trị của nước là một cấu phần quan trọng trong các bài toán kinh tế tài nguyên nước ví dụ như bài toán phân bổ tài nguyên nước trong phạm vi lưu vực sông, hoặc bài toán định giá nước cho các hàng hóa và dịch vụ liên quan tới nước trong một nền kinh tế

1.2.3 Thất bại thị trường

Kinh tế học đã biết đến một cơ chế giúp cho sự trao đổi diễn ra một cách hiệu quả nhất (theo tiêu chuẩn hiệu quả Pareto) là cơ chế thị trường cạnh tranh hoàn hảo, trong đó những người tiêu dùng là những người phán xét một cách chính xác nhất về giá trị của hàng hoá và dịch vụ (đối với bản thân mình) (Lý thuyết Kinh tế học vi mô) Tuy nhiên, thực tế cho thấy, thị trường cạnh tranh hoàn hảo không phải là một cơ chế phổ biến vì nó chỉ chiếm khoảng 3% trong cơ cấu thị trường nói chung, bên cạnh cạnh tranh không hoàn hảo (75%)

và độc quyền (20%) Hơn nữa, còn nhiều lĩnh vực, đặc biệt là lĩnh vực tài nguyên – môi trường nói chung và tài nguyên nước nói riêng chịu hậu quả trầm trọng của “thất bại thị trường”, là hậu quả của những đặc tính “không loại trừ” và “không cạn kiệt” Do vậy những tiêu chuẩn tối ưu của cạnh tranh không hoàn hảo không phải là một trường hợp phổ biến

Vậy vấn đề đặt ra là tại sao trong ngành tài nguyên môi trường nói chung

và tài nguyên nước nói riêng lại xảy ra thất bại thị trường? Theo các nhà kinh

tế học cho rằng nguyên nhân chính của thất bại thị trường trong ngành nước

do những nguyên nhân cơ bản sau:

Sức mạnh thị trường: (Độc quyền thị trường) vì hiện tại khai thác và sử

dụng nguồn nước vẫn do các công ty nhà nước độc quyền khai thác, các tổ chức hay cá nhân tham gia hoạt động trong lĩnh vực này cũng đã xuất hiện xong nó còn quá ít không mang tính chất thị trường

Ngoại ứng môi trường: Ngoại ứng thường có hai kiểu ngoại ứng tích cực

và ngoại ứng tiêu cực nhưng trong lĩnh vực môi trường thì chúng ta thường nhận thấy rõ nhất là ngoại ứng tiêu cực, ví dụ các nhà máy xả nước thải không

qua xử lý xuống dòng sông làm ô nhiễm nguồn nước ảnh hưởng trực tiếp đến vấn đề nuôi trồng thủy sản ở dưới hạ lưu Mà trong giai đoạn hiện nay thì quá trình này diễn ra một cách phổ biến, chưa có nhiều những dự luật để ngăn chặn sự sai trái này

Hàng công cộng: Hàng hóa công cộng thể hiện sự tham gia của người

này không làm ảnh hưởng đến sự tiêu dùng của người khác Ví dụ hiện nay vấn đề phòng lũ, và cả tưới cho nông nghiệp cũng thể hiện là hàng hóa công cộng mang tính xã hội là chủ yếu

Thông tin không hoàn hảo: Vấn đề quản lý tài nguyên nước vẫn là sự độc

quyền khai thác của các công ty nhà nước vì vậy những thông tin thường không được cung cấp đầy đủ về chất lượng cũng như số lượng

Trên cơ sở đó, môn Kinh tế học phúc lợi đã được phát triển để phát huy những điểm tích cực của kinh tế thị trường cho những khu vực thị trường không hoàn hảo Theo những nguyên tắc của Kinh tế học phúc lợi, chính phủ hay nhà nước cần phải có những biện pháp can thiệp (điều chỉnh, đánh thuế, tài trợ, …) để giảm thiểu những sai sót của “thất bại thị trường”, tạo điều kiện cho phát triển trao đổi, thương lượng, hợp tác,… nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế trên cơ sở khoa học của kinh tế học

Tuy nhiên, để cho những nguyên tắc của Kinh tế học phúc lợi được thực

sự đi vào cuộc sống, một vấn đề quan trọng là phải đo lường được những giá trị kinh tế của những lựa chọn có tính chất đánh đổi (trade-off) này Đây là một trong những thách thức của Kinh tế học phúc lợi nói chung, và đặc biệt là Kinh tế Tài nguyên – Môi trường nói riêng vì trong Kinh tế học Tài nguyên – Môi trường, phần lớn các thông tin về giá trị kinh tế hầu như không sẵn có, hoặc không thể quan sát được một cách trực tiếp

1.2.4 Tình hình áp dụng các nguyên tắc kinh tế thị trường trong nghiên cứu kinh tế nước ở một số quốc gia trong khu vực

Trong những năm gần đây, các nghiên cứu tài nguyên nước theo tiếp cận kinh tế nói chung và tối ưu hóa động nói riêng đã phát triển mạnh Có thể thấy điển hình như Trung quốc, là quốc gia có rất nhiều điều kiện tự nhiên và xã hội giống nước ta (cùng là các quốc gia có nền kinh tế xuất phát là kinh tế tập trung quan liêu bao cấp đang chuyển sang định hướng thị trường, cùng có một nền nông nghiệp trồng lúa nước tương đối giống nhau, cùng có những chính sách nông nghiệp giống nhau như chính sách khoán sản) Các nghiên cứu kinh tế tài nguyên nước của Trung quốc đã phát triển với một khối lượng khổng lồ (hàng trăm nghiên cứu trong một năm), điều đó chứng tỏ Chính phủ Trung quốc đã đánh giá rất cao các nghiên cứu tài nguyên nước theo tiếp cận kinh tế học nói chung và tiếp cận tối ưu hóa kinh tế nói riêng

Các nghiên cứu kinh tế tài nguyên nước của Trung quốc có một cơ sở nền tảng khoa học vững chắc phù hợp hoàn toàn với khoa học kinh tế tài nguyên môi trường tiên tiến của thế giới và đã hỗ trợ tích cực việc làm chính sách ở Trung quốc, cụ thể như xác định tối đa giá trị lợi ích dựa trên cơ sở giá trị thị trường Các nghiên cứu kinh tế tài nguyên nước Trung Quốc sử dụng rất nhiều các công cụ nghiên cứu tiên tiến trên thế giới như: (i) các phương pháp dựa vào phân tích hàm cầu tổng quát đối với các sử dụng nước (ví dụ như phương pháp Cân bằng Tổng quát Khả tính); (ii) các phương pháp tối ưu hóa tĩnh với các hàm lợi ích dựa vào các hàm cầu sử dụng nước khác nhau; (iii) các phương pháp tối ưu hóa động để đánh giá các tác động dài-hạn của

dự án phát triển tài nguyên nước, …

Điều này cho thấy bạn đã nắm bắt nhanh tiến bộ khoa học về kinh tế của thế giới, là điều mà chúng ta cần phải học tập Các nghiên cứu kinh tế tài nguyên môi trường của bạn thực sự đã góp phần hỗ trợ việc làm chính sách quy hoạch, quản lý và khai thác tài nguyên nước của chính phủ Trung quốc

Cụ thể, các chính sách quản lý lưu vực sông, các chính sách sử dụng hiệp hội

sử dụng nước (WUAs) để phân bổ nước, các chính sách thu và sử dụng phí sử

dụng nước, … của Trung quốc đã được đánh giá là rất có hiệu lực và hiệu quả, đóng góp nhiều cho kho tàng kiến thức quản lý nước của thế giới

Ngoài Trung Quốc, các quốc gia khác trong khu vực Châu Á và Đông Nam Á của chúng ta cũng có nhiều nghiên cứu sâu sắc về phân tích kinh tế và tối ưu hóa trong lĩnh vực tài nguyên nước như Sri Lanka

Ở Việt Nam, hầu hết các công trình nghiên cứu về phân bổ tối ưu tài nguyên nước còn hạn chế và các bài toán phân bổ nước mới chỉ dừng lại chủ yếu dựa vào khung tối ưu tĩnh như nghiên cứu của Claudia Ringler and Nguyễn Vũ Huy với nghiên cứu Water Allocation Policies for the Dong nai River Basin in Việt nam: An Integrated Perspective International Food Policy Research Institute, Washington, D.C 20006 U.S.A, 2004 Hay để tài: Áp dụng phần mềm tối ưu GAMS để chạy mô hình tối ưu cho Hệ thống sông Hồng Viện Quy hoạch Thủy lợi Hà nội, 2005 Đây cũng nghiên cứu về tối ưu tĩnh về Hệ thống sông Hồng, nhưng chủ yếu thiên về tối ưu hóa về mặt kỹ thuật Cụ thể hàm mục tiêu của các nghiên cứu này còn chưa phản ánh sâu sắc các lợi ích kinh tế của những người sử dụng cũng như của toàn bộ nền kinh tế,

do vậy, mô hình tối ưu hóa tĩnh này chưa có đủ cơ sở để đưa ra những đề xuất chính sách về kinh tế xã hội

Năm 2007, nhóm nghiên cứu Kinh tế tài nguyên nước của trường đại học Thủy lợi đã nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu phương pháp tính toán giá trị của các sử dụng nước khác nhau tại khu vực Lưu vực sông Hồng-Thái Bình” (2007-2009), do Ths Đào Văn Khiêm làm chủ nhiệm, đã đề cập tới phương pháp luận tính toán giá trị để xây dựng hàm mục tiêu về mặt kinh tế, nhưng vì hạn chế nguồn lực nên chưa phát triển được mô hình tối ưu hóa tĩnh một cách hoàn chỉnh

1.2.5 Nhu cầu nghiên cứu kinh tế tài nguyên nước ở Việt nam

Tóm lại, so với tình hình nghiên cứu trên toàn thế giới, các nghiên cứu trong nước về phân bổ tối ưu tài nguyên nước cho các sử dụng khác nhau

trong phạm vi lưu vực sông chưa thực sự được phát triển một cách hoàn chỉnh, thậm chí trong khung nghiên cứu tối ưu tĩnh Hơn nữa, các nghiên cứu

về phân bổ tối ưu tài nguyên nước hầu như chưa được phát triển trong một khung tối ưu hóa động Cụ thể, các nghiên cứu còn có những khiếm khuyết như:

(i) chưa có một cơ sở lý thuyết để kết hợp nghiên cứu dự báo thay

đổi cầu sử dụng nước tưới, nước sinh hoạt, nước công nghiệp và nước phát điện và các cầu sử dụng nước khác vào hàm lợi ích dài-hạn cho nghiên cứu phân bổ tối ưu;

(ii) chưa có cơ sở lý thuyết để đưa những nhân tố có những tác động

dài-hạn như ô nhiễm, cạn kiệt tài nguyên vào đánh giá chi phí của hàm lợi ích dài-hạn;

(iii) chưa có một khung lý thuyết để phân tích lời giải giải tích của mô

hình tối ưu hóa động thích hợp cho nghiên cứu phân bổ tài nguyên nước dài-hạn;

(iv) chưa có cơ sở căn bản để xây dựng các mô hình quy hoạch động

để tính toán xấp xỉ mô hình tối ưu hóa động lý thuyết trong thực hành ở hệ thống sông;

(v) chưa có những phân tích kinh tế đối với các kết quả chạy mô

hình quy hoạch động thích hợp cho mô hình tối ưu hóa động Xuất phát từ nhu cầu thực tế quy hoạch, quản lý và khai thác tài nguyên với tầm nhìn dài-hạn và khai thác bền vững, nhóm nghiên cứu Kinh tế Tài nguyên nước trường Đại học Thủy lợi đã phát triển cách tiếp cận và chuyển sang áp dụng mô hình tối ưu hóa động cho nghiên cứu Kinh tế Tài nguyên Nước với ứng dụng cụ thể tại lưu vực hệ thống sông Hồng – Thái Bình

1.3 TỔNG QUAN VỀ ÁP DỤNG TỐI ƯU HÓA TRONG NGÀNH NƯỚC 1.3.1 Mô hình tối ưu hóa trong ngành nước trên thế giới

Ngành nước khắp nơi trên thế giới luôn được gắn với các giải pháp quy hoạch trải rộng từ quy hoạch cấp địa phương cho tới quy hoạch toàn lưu vực

và cuối cùng là quy hoạch cấp trung ương (Maria Saleth và Dinar, “Kinh tế Thể chế Ngành nước”, 2005) Nguyên nhân là do ngành nước là một ngành kinh tế phức tạp do các tính chất “thất bại thị trường”, như ngoại ứng, hàng công cộng, độc quyền và thông tin phi-đối xứng, cho nên giải pháp thị trường không thể là một lựa chọn tốt nhất Vì vậy, Nhà nước là người phải gánh vác trách nhiệm vận hành các hoạt động của ngành nước Các nhiệm vụ chính của Nhà nước trong vai trò này là thực hiện các công tác quy hoạch, quản lý và khai thác các hệ thống tài nguyên nước của đất nước

Công tác quy hoạch, xuất phát từ khái niệm lập kế hoạch, nhưng sau đó, vào khoảng Chiến tranh Thế giới thứ hai, do nhu cầu hậu cần ở quy mô lớn cho các hoạt động quân sự của Hoa kỳ và Liên xô (cũ), việc lập kế hoạch hậu cần đã được chú trọng nhiều và được áp dụng các tiếp cận khoa học tổ chức quản lý hiện đại, điển hình là Lý thuyết Quy hoạch Toán học, trong đó có mô hình Quy hoạch Tuyến tính nổi tiếng được phát triển bởi các nhà toán kinh tế Dantzig (Mỹ) và Kantorovich (Liên xô cũ) Sau Chiến tranh Thế giới thứ hai, Quy hoạch Toán học đã được phát triển mạnh mẽ trong công tác lập kế hoạch

và quản lý kinh tế ở các nước Phương Tây, đặc biệt trong khu vực quản lý của Nhà nước, trong đó có ngành nước

Trong thời gian gần đây, quy hoạch toán học đã được phát triển thành Lý thuyết Tối ưu, là một chuyên ngành quan trọng bậc nhất của kinh tế học hiện đại, và công cụ tối ưu hóa tĩnh cũng như động được ứng dụng vào hầu hết các lĩnh vực kinh tế của các quốc gia đã phát triển, cũng được triển khai nhiều sang các quốc gia đang-phát triển Đặc biệt, với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học máy tính và tin học, kỹ thuật tối ưu hóa ngày càng được phát triển

nhanh chóng và có nhiều đóng góp vượt bậc cho các ứng dụng quy hoạch thực tế nói chung và trong ngành nước nói riêng

Trong mấy năm gần đây, số lượng những công trình nghiên cứu tối ưu hóa trong ngành nước thực sự bùng nổ Chúng ta dễ dàng thấy được các thông tin về các nghiên cứu này đang tăng lên cực kỳ nhanh chóng trên các phương tiện thông tin đại chúng, đặc biệt trên internet Các mô hình tối ưu hóa, kể cả các mô hình tối ưu hóa động cho các hệ thống tài nguyên nước của các quốc gia, phần lớn là các hệ thống từ các quốc gia đang phát triển như Trung quốc, Brazil, Arhentina, Bangladesh, India, Arab, … Các mô hình tối ưu hóa này được trải rộng khắp các lĩnh vực sử dụng nước như tưới, phát điện, nuôi cá, cung cấp nước sinh hoạt, … và sự phân bổ nước giữa các ngành này Nói một cách tổng quát, các công trình nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật tối ưu hóa cả tĩnh lẫn động đang thực sự được phổ biến một cách rộng rãi khắp nơi trong ngành nước của toàn thế giới Một thống kê tóm tắt về sự phát triển của mô hình hóa tối ưu trong lĩnh vực nghiên cứu tài nguyên nước sẽ được trình bày chi tiết hơn trong mục Tiếp cận mô hình hóa tối ưu cho nghiên cứu kinh tế trong nội dung Phần 2 dưới đây

1.3.2 Tối ưu hóa phân bổ tài nguyên nước ở Việt nam

Việc ứng dụng tiếp cận tối ưu hóa vào bài toán phân bổ tài nguyên nước

đã được thực hiện ở nhiều lưu vực sông ở Việt nam từ những năm 2000 Một phân tích chính sách bằng mô hình tối ưu hóa cho lưu vực sông Đồng nai đã được tác giả Claudia Ringler (Viện Nghiên cứu Chính sách Lương thực Quốc

tế, Hoa kỳ) công bố vào tháng 12 năm 2004 Trong nghiên cứu này, Claudia Ringler đã xây dựng một mô hình tối ưu với hàm mục tiêu dạng toàn phương (bậc hai) và các ràng buộc truyền thống Có thể coi mô hình này là mô hình tối ưu hóa tĩnh Và kết quả của nghiên cứu đã chứng tỏ sự phù hợp của việc ứng dụng mô hình tối ưu hóa để phân tích các chính sách quản lý tài nguyên nước ở lưu vực nói trên

Trước đó một thời gian, vào tháng 5 năm 2001, cũng chính Claudia Ringler cũng đã công bố một nghiên cứu về Phân bổ Nước Tối ưu ở lưu vực sông Mê Kông Mặc dù bài toán đã được tác giả phát triển trên cơ sở nền tàng

mô hình tối ưu hóa, tuy nhiên, vấn đề đa-quốc gia trong hoàn cảnh này đòi hỏi phải có những nghiên cứu chuyên nghiệp hơn về chủ đề đa-quốc gia và xuyên-biên giới (transboundary issues) Các vấn đề như vậy cần có các kiến thức cơ sở nền tảng của Lý thuyết Trò chơi, là điều sẽ được các nhà kinh tế tài nguyên nước đề cập trong tương lai để nghiên cứu phân bổ nước ở lưu vực sông Mê Kông (ví dụ, xem Ngô Văn Long, Đại học McGill, Canada)

Ở lưu vực sông Hồng-Thái bình, Viện Quy hoạch Thủy lợi Hà nội cũng

đã có một nghiên cứu về chủ đề tối ưu hóa trong quản lý, quy hoạch và khai thác tài nguyên nước ở lưu vực nói trên trong những năm 2000 do Viện trưởng Viện Quy hoạch Tô Trung Nghĩa đứng đầu Các mô hình tối ưu của nghiên cứu này đã được chạy trên nền tảng phần mềm GAMS Tuy nhiên, hàm mục tiêu của bài toán tối ưu không dựa trên các hàm giá trị của các sử dụng nước trong lưu vực Vì vậy, tác dụng kinh tế xã hội của mô hình không được phát huy một cách đầy đủ Vào năm 2007, Trường Đại học Thủy lợi cũng đã có một đề tài nghiên cứu cấp bộ đề cập tới bài toán phân bổ tài nguyên nước tối ưu về mặt kinh tế-xã hội, do Giảng viên Đào Văn Khiêm làm chủ nhiệm đề tài Trong nghiên cứu này, các tác giả đã đề cập tới việc xây dựng các hàm mục tiêu dựa trên giá trị kinh tế của các sử dụng nước khác nhau như tưới, nước sinh hoạt, nước sử dụng cho phát điện, và các sử dụng khác Tuy nhiên, nghiên cứu này chỉ tập trung vào giải quyết bài toán phân bổ tối ưu tĩnh tài nguyên nước cho các sử dụng khác nhau Vì vậy, hướng tối ưu hóa phân bổ tài nguyên nước rõ ràng cần phải được cập nhận thông qua các

mô hình động

1.3.3 Nhận xét

Có một số lý do cấp thiết cho việc phát triển tiếp cận tối ưu hóa trong các công tác quy hoạch, quản lý và khai thác tài nguyên nước trong nền kinh tế của chúng ta

Thứ nhất, ứng dụng tối ưu hóa là nhu cầu cấp thiết của nền kinh tế sản

xuất lớn Khi mà nền kinh tế còn manh mún sản xuất nhỏ mang nặng tính tự cung tự cấp, các hoạt động kinh tế không đòi hỏi phải được quản lý và quy hoạch bởi một tiếp cận tối ưu hóa Hơn thế nữa, tối ưu hóa sẽ bị coi là lý thuyết suông, vì nó thực sự không giúp đỡ gì khi mà sản lượng cũng như nhập lượng chưa cần phải được lựa chọn (vì chẳng có gì để lựa chọn) Tuy nhiên, nền kinh tế của chúng ta đã được công nhận là chuyển sang nền kinh tế có thu nhập trung bình, và trên thực tế, các hoạt động kinh tế của chúng ta đang chuyển sang các hoạt động có quy mô sản xuất lớn, tức là có nhu cầu lớn đối với đầu vào vốn, lao động và các tài nguyên, và sản xuất ra một sản lượng lớn Nếu không có những kỹ thuật quản lý thiết yếu như kỹ thuật tối ưu hóa tĩnh cũng như động, khủng hoảng kinh tế thừa cũng như thiếu là điều không thể tránh khỏi

Thứ hai, cũng xuất phát từ quy mô sản xuất lớn, yêu cầu tính toán tối ưu

hóa không phải chỉ là những yêu cầu về mặt lý thuyết, mà là một nhu cầu có tính thực tế lớn Các chương trình tối ưu hóa chưa chắc đã cho chúng ta một kết quả phân bổ tối ưu chính xác như mong đợi Tuy nhiên, thực tế cho thấy, quá trình thực hành theo các nguyên tắc tối ưu hóa sẽ dần đặt những người làm quyết định vào một kỷ luật tư duy và hạch toán theo hiệu quả kinh tế, thay vì theo kiểu quản lý bình quân, tức là chỉ máy móc tuân thủ những điều kiện cân bằng đầu vào đầu ra một cách thiển cận của cơ chế quan liêu bao cấp Trên thực tế, chúng ta dễ thấy ở những nơi mà cách quản lý thiển cận chỉ theo cân bằng thu-chi thịnh hành, đơn vị kinh tế đó sẽ thiếu linh động và bỏ qua nhiều cơ hội phát triển, và hậu quả tất nhiên là đơn vị đó sẽ chỉ có một

cách duy nhất để tồn tại là bám chặt vào các nguồn trợ cấp nhẽ ra được cung cấp cho những nơi thực sự gặp khó khăn

Thứ ba, khi mà quản lý kinh tế nhà nước còn gắn chặt với kiểu tư duy

cân bằng thu-chi thiển cận, đơn vị kinh tế không chỉ bỏ qua các cơ hội tìm kiếm lợi ích, mà đơn vị kinh tế đó còn giới hạn các khả năng mở rộng của chính mình Và cũng chính từ vị thế đó, các bộ phận quản lý thu-chi sẽ có nhiều đặc quyền trong việc phân bổ các nguồn lực của cơ quan Đó chính là nguồn gốc tạo ra “khan hiếm giả tạo” và nảy sinh khả năng tiềm tàng cho các hoạt động tham nhũng Trong thực tế, hoạt động tham nhũng là các hoạt động khó có thể quan sát được bằng các phương tiện công cộng Tuy nhiên, nếu chỉ

dự vào các tiêu chuẩn cân bằng thu-chi giản đơn, các bộ phận quản lý vô hình chung sẽ loại bỏ những bộ phận có tiềm năng phát triển mạnh mẽ vì phát triển khó có thể bảo đảm cân bằng thu-chi trong ngắn hạn Và như vậy, bộ phận quản lý này sẽ chỉ còn phải kiểm soát các bộ phận luôn bảo đảm cân bằng ngắn-hạn nhưng luôn ít tiềm năng phát triển Vô hình chung, cơ chế quản lý như vậy sẽ tạo ra những ưu tiên cho các bộ phận luôn “an toàn” nhưng ít phát triển, và hậu quả là các chiến lược phi-hiệu quả kinh tế sẽ được phát huy để giành được ưu tiên sử dụng nguồn lực khan hiếm của đơn vị, và đó chính là nguồn gốc sâu xa của cái mà các nhà kinh tế quốc tế thường gọi là “rent seeking” (tạm dịch là trục lợi bất chính)

Thứ tư, việc ứng dụng các tiến bộ khoa học công nghệ luôn là một vấn đề

cần được chú trọng trong hoạt động kinh tế của một đất nước Tiến bộ trong lĩnh vực phát triển kỹ thuật tối ưu hóa nói chung của khoa học kinh tế trên toàn thế giới đã đạt được những thành tựu to lớn so với những năm tháng khởi đầu sau Chiến tranh Thế giới thứ hai và hầu như đã được hoàn chỉnh Đặc biệt, một lĩnh vực mới là Tối ưu hóa Động (Dynamic Optimisation) và kèm theo nó là Quy hoạch Động (Dynamic Programming) đã trở thành một trong những lĩnh vực cực kỳ sôi động trong các hoạt động nghiên cứu khoa học

kinh tế trong vài thập kỷ gần đây, nhất là ứng dụng của những lý thuyết này vào lĩnh vực Kinh tế Vĩ mô và Kinh tế Tài nguyên thiên nhiên, trong đó có Kinh tế Tài nguyên nước Tuy nhiên, việc triển khai ứng dụng rộng rãi ở nước

ta còn quá bị hạn chế Nhiều cơ quan nghiên cứu ngành nước nói chung và kinh tế ngành nước nói riêng đã hầu như chưa có những khái niệm sơ đẳng về tối ưu hóa nói chung Một số cơ quan lớn như Viện Quy hoạch Thuỷ lợi đã nhận thấy tầm quan trọng của các ứng dụng tối ưu hóa động, và đã có nhiều đầu tư lớn vào lĩnh vực này (phần mềm GAMS của Viện Quy hoạch có giá trị

23 nghìn đô la, được đầu tư từ những năm đầu 2000) Tuy nhiên, việc ứng dụng trong thực tế gặp một số trở ngại đáng kể là các kiến thức về kinh tế và những hiểu biết về Lý thuyết Tối ưu hóa nói chung và Lý thuyết Tối ưu hóa động nói riêng

Thứ năm, việc phát triển các kiến thức sâu sắc về mặt lý thuyết, kỹ thuật

tối ưu hóa tĩnh cũng như động trên phạm vi toàn thế giới đã nhận được hỗ trợ lớn từ sự phát triển vũ bão trong lĩnh vực tin học và công nghệ thông tin Các phần mềm tính toán tối ưu hóa đã được phát triển nhờ cả các tiến bộ công nghệ máy tính lẫn các phương pháp tính toán gần đúng để giải các bài toán tối

ưu có kích thước lớn Nhờ các phần mềm tối ưu hóa ngày nay, các nhà kinh tế ứng dụng có thể dễ dàng hơn nhiều trong việc xây dựng và chạy các mô hình với độ phức tạp lớn và đòi hỏi một lượng số liệu khổng lồ Tất nhiên, các nghiên cứu có sử dụng các ứng dụng tin học trong lĩnh vực tối ưu hóa cần được khuyến khích phát triển, vì dù sao, các công trình gắn với xử lý máy tính luôn gắn với các bài toán lớn đòi hỏi nhiều số liệu và nhiều nỗ lực từ phía những cán bộ lập trình

Tóm lại, thực tế nghiên cứu cho thấy chúng ta chưa chú trọng một cách đầy đủ để phát triển các mô hình tối ưu hóa cùng với các phần mềm ứng dụng tương ứng để nghiên cứu các bài toán kinh tế tài nguyên nước Với việc vận dụng các kiến thức tiên tiến về toán học và khả năng lập trình tối ưu hóa vào

lĩnh vực nghiên cứu kinh tế tài nguyên nước, chúng ta có thể cải thiện chất lượng của các công tác quy hoạch, quản lý và khai thác tài nguyên nước một cách đáng kể theo hướng hội nhập quốc tế đang thịnh hành trong giai đoạn hiện nay

1.4 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG SÔNG HỒNG – THÁI BÌNH

Hệ thống sông Hồng - Sông Thái Bình ở phía Tây Bắc và Bắc Việt Nam Đây là một hệ thống sông liên quốc gia, phần thượng nguồn dòng chính là các sông nhánh lớn nằm trên đất Trung Quốc với diện tích lưu vực là 81.240 km2chiếm 48%, có 1.100 km2 đầu nguồn sông Nam Mặc ở trên đất Lào chiếm 6,5%, vào Việt Nam đến đồng bằng, sông Hồng được nối liền với hệ thống sông Đáy và sông Thái Bình qua nhiều phân lưu rồi đổ ra Vịnh Bắc Bộ Diện tích lưu vực sông Hồng tại Việt Nam là 86.660 km2 đi qua 25 tỉnh và thành phố: Điện Biên, Lai Châu, Sơn La, Yên Bái, Lào Cai, Hà Giang, Tuyên Quang, Cao Bằng, Lạng Sơn, Bắc Cạn, Thái Nguyên, Vĩnh Phúc, Phú Thọ, Hoà Bình, Bắc Ninh, Bắc Giang, Quảng Ninh, Hải Dương, Hưng Yên, Hải Phòng, Thái Bình, Hà Nam, Nam Định, Ninh Bình và thủ đô Hà Nội

Lưu vực sông Hồng nằm giữa 200 ÷25023’Vĩ độ Bắc và 1000÷107030’ Kinh độ Đông Phía Bắc giáp sông Trường Giang và sông Châu Giang (Trung Quốc), Tây giáp sông Mê Kông, Nam giáp sông Mã, Đông giáp Vịnh Bắc Bộ

Hệ thống sông Hồng và sông Thái Bình là một trong những hệ thống sông lớn nhất Việt Nam Chúng được nối với nhau bởi sông Đuống và sông Luộc, sau đó đổ ra biển tại 9 cửa là: Cửa Đáy, Ninh Cơ, Ba Lạt, Trà Lý, Thái Bình, Văn Úc, Lạch Tray, Cấm và cửa Bạch Đằng Có thể kể đến những sông lớn trong hệ thống như sau:

Hình 1.1: Bản đồ mạng lưới sông và trạm đo khí tượng thuỷ văn sông Hồng- Thái Bình

1.4.1 Hệ thống sông Hồng

Dòng chính sông Hồng: bắt nguồn từ Trung Quốc, chảy vào Việt Nam ở Lào Cai, đoạn từ Lào Cai đến Việt Trì gọi là sông Thao Tại Việt Trì sông Thao gặp sông Đà và sông Lô-Gâm rồi chảy ra biển tại cửa Ba Lạt

Sông Đà: là nhánh lớn nhất của sông Hồng Khi chảy vào Việt Nam, đoạn đầu gọi là Nậm Tè, đến Lai Châu gọi là sông Đà Sông chảy song song với sông Thao theo hướng Tây Bắc-Đông Nam, đến thị xã Hoà Bình chuyển hướng chảy lên phía Bắc và nhập vào sông Hồng ở Trung Hà, cách ngã ba Việt Trì 15 km về phía thượng lưu Trên sông Đà đã xây dựng hồ chứa Hoà Bình tại thị xã Hoà Bình Công trình này đã đi vào hoạt động đầy đủ từ năm

Sông Đáy: trước đây nó vừa là phân lưu của sông Hồng và vừa có một phần lưu vực riêng của các sông Tích, Thanh Hà, Hoàng Long, Vạc Sau năm

1937 khi đập Đáy hoàn thành, phần đầu nguồn gần như được cách ly với lũ hàng năm của sông Hồng

Ngoài các sông kể trên, ở hạ du sông Hồng còn có 5 phân lưu chính:

- Bờ tả có 3 phân lưu là: sông Đuống đoạn từ Thượng Cát đến Phả Lại; sông Luộc từ Hưng Yên đến Quý Cao; sông Trà Lý đổ trực tiếp ra biển tại Trà

- Sông Cầu: là nhánh lớn nhất, bắt nguồn từ Ngân Sơn, Bắc Cạn, chảy qua thị xã Bắc Cạn, thành phố Thái Nguyên rồi chảy tiếp vào tam giác châu thổ và nhập lưu với hai nhánh Thương và Lục Nam tại Phả Lại Sông Cầu có hai chi lưu lớn là sông Công nằm ở chân núi phía Bắc và sông Cà Lồ ở chân núi phía Nam của dãy Tam Đảo Sông Cầu chảy theo hướng Bắc-Nam, sau đó chuyển hướng Tây-Tây Nam ÷ Đông-Đông Nam

- Sông Thương: bắt nguồn từ Chi Lăng, Lạng Sơn, chảy theo hướng Tây Bắc-Đông Nam cho đến Ký, từ Ký bắt đầu chảy vào đồng bằng theo hướng Bắc-Nam và nhập với sông Lục Nam cách Phả Lại 15 km về phía thượng lưu Sông Thương có các nhánh lớn là sông Trung, sông Hoá, sông Sỏi

- Sông Lục Nam: bắt nguồn từ dãy núi Yên Tử và vòng cung Đông Bắc phân lưu giữa sông Thái Bình và sông Kỳ Cùng Sông chảy theo hướng Đông Bắc-Tây Nam và nhập lưu với sông Thương tại thị trấn Lục Nam

Ngoài việc nhận nguồn nước lớn của sông Hồng qua sông Đuống và sông Luộc, ở bờ tả sông Thái Bình, phân lưu chảy thành hai hướng ra biển:

- Sông Văn Úc và một nhánh Lạch Tray: chúng chảy gần song song với nhau và đổ ra biển tại 3 cửa Thái Bình, Văn Úc và Lạch Tray

- Sông Kinh Thày chảy theo hướng Tây Đông, sau đó chuyển dần sang hướng Tây Bắc-Đông Nam ra biển và phân thành các nhánh Kinh Thày, Đá Bạch, Kinh Môn-sông Cấm

Do Hệ thống sông Hồng Thái Bình là không thể tách rời nhau về mặt thuỷ văn cũng như thuỷ lực Vì vậy trong nghiên cứu này chúng tôi sẽ tập trung nghiên cứu chính vào hai hệ thống con là: Hồ núi Cốc thuộc nhánh bên sông Thái Bình và hệ thống Lô Gâm thuộc nhánh sông Hồng

Bảng 1.1: Thông số chính của các hồ chứa nằm trên hai hệ thống con

TT Thông số Đơn vị Núi Cốc Thác Bà Quang Tuyên

- Tỉnh Thái Nguyên Yên Bái T Quang

- Công suất đảm bảo (Nbđ) MW 49 342

- Công suất lắp máy (Nlm) MW 108 1329,55

Loại nhà máy Sau đập Sau đập Sau đập

Hình 1.2: Hồ núi Cốc

Hình 1.3: Sơ đồ hệ thống sông Lô - Gâm

PHẦN 2: PHƯƠNG PHÁP LUẬN

2.1 TIẾP CẬN MÔ HÌNH HÓA CHO NGHIÊN CỨU KINH TẾ NƯỚC

Có hai mô hình căn bản đặc biệt quan trọng cho phân tích cấp-lưu vực là:

(i) 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 vận hành phân bổ nước và vận hành cơ sở hạ tầng, và

(ii) các mô hình tối ưu và lựa chọn phân bổ tài nguyên nước và cơ sở hạ tầng dựa vào một hàm mục tiêu (kinh tế hoặc phi-kinh tế) và tổ hợp các ràng buộc Hình 2.1 trình bày quan điểm áp dụng bổ sung của những kiểu mô hình cấp-lưu vực này dưới dạng sơ đồ Đánh giá hoạt động hệ thống tốt nhất có thể được mô tả bởi các mô hình mô phỏng, còn các mô hình tối ưu là hữu ích hơn khi mục đích chính là cải thiện hoạt động hệ thống Các mô hình cũng có thể đồng thời lả

cả mô phỏng lẫn tối ưu hóa

2.1.1 Quá trình phát triển của các mô hình cấp-lưu vực

Thiết kế và ứng dụng các mô hình toán học để dự báo các quá trình khí tượng-thủy văn có thể được thấy từ nghiên cứu của Richardson (1922) Tiềm năng của máy tính trong việc giải các mô hình số thể hiện các quá trình thủy học phức tạp đã được khai thác trong giai đoạn phát triển cơ sở hạ tầng tài nguyên nước trong những năm 1950 và 1960 Vì hạn chế tính toán do phần cứng và phần mềm máy tính trong thời gian đó, sự tập trung của các mô hình tài nguyên nước buổi ban đầu chủ yếu được giới hạn vào quy hoạch và thiết

kế Tuy nhiên, nhu cầu kết hợp các nghiên cứu kinh tế và thủy học trong các

hệ thống tài nguyên nước cũng đã được nhận biết Nỗ lực phát triển mô hình kết hợp kỹ thuật và kinh tế đã được trình bày bởi nghiên cứu của Maass (1962)

Tiếp theo các mô hình lưu vực thủa ban đầu, mô hình 1956 SSARR Streamflow Synthesis và Reservoir Regulation (USACE 1972) và 1960s

National Weather Service’s Sacramento (Burnash, Ferral, và McGuire 1973),

mô hình SIMYLD-II (Texas Water Development Board 1972) đã áp dụng một cách hệ thống các kỹ thuật quy hoạch dòng chảy mạng lưới cho việc mô phỏng các hệ thống hồ-sông Vì cả các biểu diễn số và máy tính trở nên tinh

tế hơn, sự tập trung của các mô hình đã dịch chuyển khỏi các hệ thống kỹ thuật với các biến quyết định và kiểm soát được xác định một cách rõ ràng cho các hệ thống tự nhiên trong đó các can thiệp của con người được phân tích trong hoàn cảnh các hệ thống môi trường rộng hơn Kết quả là, vận hành

và quản lý tài nguyên nước trở nên tiêu điểm của phát triển mô hình Tuy nhiên, do những khó khăn của việc sử dụng và vận hành máy tính, các nghiên cứu này vẫn chỉ liên quan tới những chuyên gia làm việc trong chính phủ và các viện nghiên cứu

Hình 2.1: Mô hình cấp lưu vực

Tuy nhiên, với sự xuất hiện của máy tính cá nhân, các giao diện mô hình thân thiện-với-người sử dụng, và việc truy cập thông tin khu vực-công cộng trong những năm 1980, các mô hình tài nguyên nước đã phát triển một cách nhanh chóng và được áp dụng rộng rãi bởi các tổ chức tư nhân và công cộng Ngày nay, có một hiện trạng rất phong phú các mô hình được thiết kế để đề cập tới một dải rộng lớn các bài toán tài nguyên nước Có thể tham khảo Wurbs 1995 về một nghiên cứu tổng quan chuyên sâu về các mô hình đã được phát triển ở Hoa kỳ Ngoài ra còn có các mô hình thêm vào được bao quát bởi

UN (1994) Các mô hình cũng đã được phát triển và áp dụng thành công bởi một loạt các tổ chức khắp nơi trên toàn thế giới, kể cả International Institute for Applied Systems Analysis (IIASA), the Institute of Hydrology ở Great Britain, the World Meteorological Organization (WMO), và the International Ground Water Modelling Center ở Colorado, Hoa kỳ

2.1.2 Các mô hình mô phỏng

Các mô hình cấp-lưu vực sử dụng số liệu đầu vào kỹ thuật tài nguyên nước (số liệu quá khứ, ngẫu nhiên, hoặc giả tưởng) và mô phỏng hành vi của các biến khối lượng nước, chất lượng nước, kinh tế và các biến khác từ một hệ thống cố định các chính sách phân bổ nước và quản lý cơ sở hạ tầng đã được

sử dụng một cách rộng rãi để đánh giá hoạt động của các hệ thống tài nguyên nước Một đặc điểm đặc biệt của những mô hình mô phỏng này, đối ngược với các mô hình tối ưu, là khả năng đánh giá hoạt động trong dài hạn (một cách điển hình, trong một giai đoạn có dự báo tin cậy về các dòng chảy và cầu) Hậu quả là, mô phỏng là kỹ thuật được ưa thích hơn để đánh giá các phản ứng của hệ thống tài nguyên nước với các điều kiện cực đoan, mất cân bằng, và do vậy, nhận biết được các cấu phần hệ thống thiên về thảm họa, thiên tai, hoặc để tính toán hoạt động của hệ thống tương đối so với hệ thống các tiêu chuẩn bền vững có thể kéo dài nhiều thập kỷ Nói riêng, các mô hình

mô phỏng kỹ thuật tài nguyên nước đóng một vai trò tối quan trọng trong

đánh giá hoạt động của các hệ thống tài nguyên nước trong các kịch bản biến đổi khí hậu toàn cầu (Loaiciga et al 1996), hạn hán (Young 1995), và cầu ưu tiên đột xuất, như những cầu được hình thành do quá trình tăng trưởng đô thị nhanh chóng gây ra

2.1.3 Các mô hình tối ưu hóa

Các mô hình tối ưu hóa tài nguyên nước dựa trên hàm mục tiêu và các ràng buộc phải có một cấu phần mô phỏng, mặc dù là sơ đẳng, để có thể sử dụng

nó cho việc tính toán các dòng chảy và cân bằng nước tạo thành Một lợi thế đặc biệt của các mô hình tối ưu hóa so với các mô hình mô phỏng là khả năng kết hợp các hệ thống giá trị xã hội vào phân bổ tài nguyên nước (Chuyên đề

“Kinh tế Tài nguyên nước” của Đào Văn Khiêm, Nghiên cứu cấp bộ năm

2007 về Tính toán giá trị tài nguyên nước)

Liên quan tới các mô hình vận hành hồ chứa là một số mô hình tối ưu hóa kỹ thuật tài nguyên nước được phát triển cho phân bổ nước Vedula và Mujumdar (1992) và Vedula và Kumar (1996) mô tả một mô hình quy hoạch động ngẫu nhiên với những điều kiện được đơn giản hóa để tìm kiếm thất thu sản lượng mùa vụ tối thiểu gây ra bởi thiếu hụt nước Trong quy hoạch động, các hàm biến đổi là tất định, là những hàm liên kết các giá trị của các biến trạng thái trong mỗi giai đoạn thời gian với những biến trong các giai đoạn kế tiếp theo, giải thích cho tính toán giá trị hàm mục tiêu Phân rã hàm mục tiêu thành một chuỗi các phương trình giải được bằng đệ quy này cho các biến đa giai đoạn đã cho thấy sự phức tạp tính toán đáng kể, cũng còn được gọi là

“thảm họa thứ nguyên”

Ponnambalam và Adams (1996) báo cáo về việc áp dụng mô hình Quy hoạch Động Xấp xỉ đa-cấp (MAM-DP _ Multilevel Approximate Dynamic Programming) cho vận hành đa hồ chứa MAM-DP tối thiểu khác biệt giữa cung cấp và cầu nước, trong khi cố gắng làm giảm số biến trạng thái một cách tường minh, do vậy làm giảm khối lượng tính toán do thứ nguyên của bài

toán Mô hình đã được áp dụng cho Dự án Parambikulam-Aliyar ở Ấn độ với hai lưu vực liên kết với nhau, và được vận hành trong hoàn cảnh của các điều khoản hiệp định giữa hai bang bên bờ sông

Xây dựng toán học tiếp cận tối ưu hóa kinh tế (không có mô phỏng dòng chảy) được trình bày bởi Babu, Nivas, và Traxler (1996) Các biến trạng thái

là độ sâu mức-nước ngầm, độ mặn, khả năng sẵn có của nước, và năng suất mùa vụ; các biến điều khiển là đầu tư trong các kênh có lát và không lát, tiêu công cộng và tư nhân, và các giếng khoan nước tư nhân Các hàm số được giả định thực nghiệm trên thực tế, liên hệ các biến điều khiển và trạng thái Từ tiếp cận cấp-lưu vực (danh nghĩa) được chấp nhận cho mô hình này, độ mặn

và các tác động úng lụt được nội hóa

McKinney và Cai (1996) và McKinney, Karimov, và Cai (1997) phát triển các công cụ chính sách suy luận-từ-kỹ thuật-tài nguyên-nước để được sử dụng cho làm quyết định phân bổ nước tại các lưu vực sông Công trình này liên quan tới phát triển các mô hình tối ưu hóa cho các lưu vực Amu Darya và Syr Darya ở lưu vực Biển Aral của vùng Trung Á sử dụng GAMS và phần mềm ArcView GIS Tiếp cận suy luận-từ-kỹ thuật-tài nguyên-nước này ngày nay đã được mở rộng cho tiếp cận tối ưu hóa kinh tế khi nghiên cứu các quyết định sản xuất mùa vụ và các cải thiện hệ thống tưới tiêu

2.1.4 Kết hợp mô phỏng và tối ưu hóa

Như đã nhận xét, các mô hình tối ưu hóa cấp-lưu vực phải có khả năng đặc trưng hóa chế độ thủy văn để tính toán hàm mục tiêu Phân bổ nước tối ưu cũng phải khả thi, ở mức tối thiểu, từ viễn cảnh vận hành cơ sở hạ tầng, cho những người làm chính sách và những người quản lý hệ thống xem xét việc chấp nhận chúng Trong phần sau đây, chúng tôi xem xét một số mô hình kết hợp các khả năng mô phỏng và tối ưu hóa kinh tế với mục tiêu phân tích chính sách

Labadie, Fontane, và Dai (1994) đã mở rộng MODSIM, một gói phần mềm được sử dụng rộng rãi cho mô hình hóa dòng chảy mạng lưu vực sông

để đưa vào một cách trực tiếp các điều chỉnh chất lượng nước như các ràng buộc Mô hình mới, MODQSIM, vận hành các dự báo chất lượng nước và dự báo thông qua liên kết với QUAL2E QUAL2E được sử dụng để cập nhật các

hệ số chất lượng nước trong MODSIMQ, và MODSIMQ tính toán cả các dòng chảy mạng và các nồng độ, và chúng sau đó được gửi ngược lại QUAL2E để mô phỏng tiếp Tiếp cận này là tương tự với tiếp cận của Dany

và Crawley (1992) nhưng cải thiện thêm một số hạn chế trong nghiên cứu này

Mô hình CRIM đã mô tả ở trên cũng bao gồm các cấu phần mô phỏng/tối

ưu hóa kết hợp trong ứng dụng của nó vào các điều kiện hạn hán (Booker 1995) Các tác động của các phản ứng sau tới hạn hán được kiểm tra trong mục tiêu tối thiểu các thiệt hại kinh tế có được từ hạn hán (loại bỏ độ mặn): (1) nước được lưu giữ trong lưu vực càng nhiều càng tốt để làm giảm các thất thoát bốc hơi; (2) duy trì năng lực thủy điện; (3) dịch chuyển tới bài toán chia

sẻ thiếu nước một cách tỷ lệ; (4) dịch chuyển vấn đề khan hiếm nước sang khu vực nông nghiệp như một khách hàng tiêu thụ nước lớn nhất; (5) chấp nhận cơ chế phân bổ thị trường bên trong vùng lãnh thổ; và (6) chấp nhận các thị trường giữa các vùng lãnh thổ CRIM đã nhận biết cả các thị trường bên trong lẫn các thị trường giữa các vùng lãnh thổ như thể hiện các chiến lược phân bổ tối ưu

EUREKA-ENVINET INFOSYST tạo thành một hệ thống hỗ trợ-quyết định tinh tế cho quản lý tổng hợp lưu vực sông, là điều đã được khởi xướng ở Châu Âu từ 1992 Hệ thống này được dự kiến cung cấp khí tượng cho nước công nghiệp cho quy hoạch và quản lý tài nguyên nước, kể cả các con sông, các tầng ngậm nước, các hồ nước, các hồ chứa, và các khu vực nước ven biển theo một cách bền vững (Fedra, Weigkricht, và Winkelbauer 1993) Nó được

thiết kế để tổng hợp GIS, các hệ thống quản lý cơ sở số liệu, khả năng mô hình hóa, các kỹ thuật tối ưu hóa, và các hệ thống chuyên gia

Lee và Howitt (1996) mô hình cân bằng nước và muối trong lưu vực sông Colorado để xác định các độ mặn làm tối đa giao hoàn ròng cho những người sử dụng nông nghiệp và đô thị-công nghiệp (MI) tại các vị trí được chọn trong lưu vực Các hàm sản xuất mùa vụ phi tuyến và chi phí MI trên một đơn vị độ mặn được rút ra cho việc đưa vào hàm mục tiêu, là hàm được giải bằng cách sử dụng phần mềm GAMS/MINOS Ba kịch bản được xem xét: (1) tối ưu kinh tế; (2) cố định các mẫu hình mùa vụ với trợ cấp cho các biện pháp kiểm soát mặn; và (3) những thay đổi trồng trọt với trợ cấp để duy trì lợi nhuận nông nghiệp Kịch bản tối ưu tốt nhất-thứ nhất về mặt kinh tế chỉ

ra những giảm sút lớn trong diện tích mùa vụ với các giao hoàn đáng kể cho những sử dụng MI Trong số hai kịch bản có trợ cấp, những thay đổi mùa vụ được trợ cấp để duy trì lợi nhuận chỉ ra tổng trợ cấp thấp nhất một cách cận biên với giảm sút nhỏ nhưng đáng kể trong độ mặn Các tác giả đã lưu ý các lời giải tối ưu được mô hình hóa mà không xét tới chi phí giao dịch hoặc tiêu chuẩn bình đẳng

Hình 2.2: Mô hình kết hợp các khả năng mô phỏng và tối ưu hóa kinh tế với mục tiêu phân tích chính sách

Tejada-Guibert, Johnson, và Stedinger (1995) đã phát triển một tiếp cận tối ưu hóa nhấn mạnh tới phát điện trong có xét đến các dòng chảy đến bất định và các cầu và áp dụng nó cho hệ thống Shasta-Trinity ở California, Hoa

kỳ Mô hình sử dụng quy hoạch động ngẫu nhiên (SDP) để tính tới chuỗi dòng chảy đến dựa trên bốn sơ đồ dự báo: (1) các giá trị trung bình năm và tháng đơn giản; (2) phân phối xác suất; (3) Chuỗi Markov; và (4) thủy văn dòng chảy sông và tuyết tan phức tạp Mô hình được chạy với cầu khả biến và các hình phạt thiếu nước và hoạt động hệ thống được tính toán

Faisal, Young, và Warner (1994) áp dụng mô hình hóa mô phỏng-tối ưu hóa tổng hợp của các hệ thống tài nguyên nước cho các lưu vực nước ngầm Chế độ dòng chảy thủy học được đặc trưng hóa bởi một ma trận phản ứng tuyến tính, là điều cho phép xếp chồng các tác động của bơm hút tại các vị trí tầng ngậm nước khác nhau trên vị trí cụ thể nơi mà thay đổi áp lực thủy tĩnh phải được mô phỏng Các hàm số thay đổi áp lực thủy tĩnh từ vị trí này sang

vị trí khác, tuy nhiên được rút ra bằng cách sử dụng mô hình nước ngầm sai phân hữu hạn ba-chiều MODFLOW Phương pháp gradient kết hợp được áp dụng để giải tối ưu hóa của hàm mục tiêu phi tuyến Các tác giả mô hình hóa hai kịch bản: (1) tối ưu xã hội cho lưu vực, và (2) tối ưu sở hữu chung bao gồm những người nông dân tư lợi Trong khi các lợi ích ròng được chiết khấu cho hai kịch bản không khác nhau một cách đáng kể, các kết quả sở hữu chung đã làm giảm một cách đáng kể các mức tầng ngậm nước

Các mô hình mô phỏng và tối ưu hóa các hệ thống tài nguyên nước lưu vực là các công cụ nghiên cứu bổ sung để đề cập những vấn đề liên quan tới cạnh tranh đối với tài nguyên nước khan hiếm và thiết kế và đánh giá các

cấp-hệ thống thay thế lẫn nhau của phân bổ nước Các yêu cầu số liệu cơ bản và hiểu biết các vận hành hệ thống là chung cho cả hai kiểu mô hình Các ứng dụng kế tiếp của cả hai kiểu mô hình thể hiện có thể là tiếp cận tốt nhất như được chỉ ra trên Hình 2.2

2.2 LÝ THUYẾT TỐI ƯU HÓA ĐỘNG

2.2.1 Mô tả bài toán tối ưu hóa động

Nội dung nghiên cứu sử dụng công cụ toán tối ưu toán học chủ yếu liên quan trực tiếp với ba lĩnh vực chuyên ngành con liên quan chặt chẽ với nhau

là Phép tính Biến phân, Điều khiển tối ưu, và Quy hoạch động, trong đó Lý thuyết Điều khiển tối ưu đóng vai trò quyết định về mặt lý luận Thường được gọi bằng một tên khác là “Tối ưu hóa động”, mặc dù đôi khi “Tối ưu hóa động” cũng liên quan tới cả Phép tính biến phân và Quy hoạch động