nghiên cứu ứng dụng mô hình toán tối ưu hóa đa mục tiêu trong quy hoạch sử dụng đất nông nghiệp tại tỉnh sóc trăng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN BỘ MÔN TÀI NGUYÊN ĐẤT ĐAI    XÁC NHẬN CỦA BỘ MÔN TÀI NGUYÊN ĐẤT ĐAI Với đề tài: “NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÔ HÌNH TOÁN T

ĐẤT NÔNG NGHIỆP TẠI TỈNH SÓC TRĂNG

(Nghiên cứu cụ thể trong điều kiện 04 Huyện vùng ven biển tỉnh Sóc Trăng)

LUẬN VĂN KỸ SƯ NGÀNH QUẢN LÝ ĐẤT ĐAI

Cần Thơ - 2014

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

ĐẤT NÔNG NGHIỆP TẠI TỈNH SÓC TRĂNG

(Nghiên cứu cụ thể trong điều kiện 04 Huyện vùng ven biển tỉnh Sóc Trăng)

LUẬN VĂN KỸ SƯ NGÀNH QUẢN LÝ ĐẤT ĐAI

Mã ngành: 52850103

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN

Th.S NGUYỄN HỮU KIỆT NGUYỄN THỊ THÚY AN (4115000)

VÕ XUÂN THẢO (4115082) Lớp Quản Lý Đất Đai K37

Cần Thơ - 2014

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN

BỘ MÔN TÀI NGUYÊN ĐẤT ĐAI

  

XÁC NHẬN CỦA BỘ MÔN TÀI NGUYÊN ĐẤT ĐAI Với đề tài:

“NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÔ HÌNH TOÁN TỐI ƯU HÓA ĐA MỤC TIÊU TRONG QUY HOẠCH SỬ DỤNG ĐẤT NÔNG NGHIỆP TẠI TỈNH SÓC TRĂNG”

Do sinh viên: Nguyễn Thị Thúy An, lớp Quản Lý Đất Đai K37A1 và Võ Xuân Thảo, lớp Quản Lý Đất Đai K37A2, Bộ môn Tài Nguyên Đất Đai, Khoa Môi Trường và Tài Nguyên Thiên Nhiên, Trường Đại học Cần Thơ thực hiện

Xác nhận của Bộ Môn:

Cần Thơ, ngày … tháng … năm 2014

TRƯỞNG BỘ MÔN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN

BỘ MÔN TÀI NGUYÊN ĐẤT ĐAI

   NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Chứng nhận chấp thuận báo cáo luận văn tốt nghiệp ngành Quản Lý Đất Đai với

đề tài:

“NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÔ HÌNH TOÁN TỐI ƯU HÓA ĐA MỤC TIÊU

TRONG QUY HOẠCH SỬ DỤNG ĐẤT NÔNG NGHIỆP TẠI TỈNH SÓC TRĂNG”

Do sinh viên: Nguyễn Thị Thúy An, lớp Quản Lý Đất Đai K37A1 và Võ Xuân Thảo, lớp

Quản Lý Đất Đai K37A2, Bộ môn Tài Nguyên Đất Đai, Khoa Môi Trường và Tài Nguyên

Thiên Nhiên, Trường Đại học Cần Thơ thực hiện từ ngày 06/08/2014 đến ngày 05/12/2014

Nhận xét của cán bộ hướng dẫn:

Cần Thơ, ngày … tháng … năm 2014

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN

BỘ MÔN TÀI NGUYÊN ĐẤT ĐAI

  

NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG BÁO CÁO

Hội đồng chấm báo cáo luận văn tốt nghiệp đã chấp thuận báo cáo với đề tài:

“Nghiên cứu ứng dụng mô hình toán tối ưu hóa đa mục tiêu trong quy hoạch sử dụng đất nông nghiệp tại tỉnh Sóc Trăng”

Do sinh viên Nguyễn Thị Thúy An và Võ Xuân Thảo thực hiện và bảo vệ trước Hội đồng Ngày … tháng … năm 2014

Báo cáo Luận văn tốt nghiệp được Hội đồng đánh giá mức:.…………

Ý kiến của Hội đồng:

Cần Thơ, ngày … tháng … năm 2014

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

LỜI CAM ĐOAN

  

Tôi tên Nguyễn Thị Thúy An (MSSV: 4115000)

Tôi tên Võ Xuân Thảo (MSSV:4115082)

Là sinh viên lớp Quản Lý Đất Đai K37, Bộ môn Tài Nguyên Đất Đai, Khoa Môi Trường và Tài Nguyên Thiên Nhiên, Trường Đại Học Cần Thơ

Từ ngày 06/08/2014 đến ngày 05/12/2014, chúng tôi đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng mô hình toán tối ưu hóa đa mục tiêu trong quy hoạch sử dụng đất nông nghiệp tại tỉnh Sóc Trăng”

Chúng tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân Các số liệu, kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ luận văn nào trước đây

Cần Thơ, ngày … tháng … năm 2014

Tác giả luận văn

Nguyễn Thị Thúy An

Võ Xuân Thảo

Quý Thầy, Cô giảng dạy lớp Quản lý Đất đai K37 đã nhiệt tình giảng dạy và truyền đạt những kiến thức, kinh nghiệm thực tiễn hết sức quý báo Cùng cố vấn học tập Nguyễn Thị Song Bình và Phan Kiều Diễm đã nhiệt tình giúp đỡ cho tập thể lớp Quản Lý Đất Đai 37 những năm qua

Quý cô, chú, anh, chị tại Sở Tài nguyên và Môi trường, Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn tỉnh Sóc Trăng đã hỗ trợ và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình hoàn thành luận văn Xin được gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Cha, Mẹ và người thân đã động viên nhắc nhở tôi trong suốt quá trình học tập và tạo điều kiện tốt nhất để tôi có kết quả như ngày hôm nay Tôi bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc, chân thành và mãi khắc ghi những công ơn quý báo này

Chân thành cảm ơn!

Cần Thơ, ngày … tháng … năm 2014

Nguyễn Thị Thúy An

Võ Xuân Thảo

TÓM LƯỢC

Mỹ Xuyên, Trần Đề, Long Phú, Vĩnh Châu là 4 huyện vùng ven biển của tỉnh Sóc Trăng,

phần lớn người dân ở đây sinh sống dựa vào sản xuất nông nghiệp là chính Đề tài“Ứng dụng

mô hình toán tối ưu hóa đa mục tiêu trong quy hoạch sử dụng đất nông nghiệp tại tỉnh Sóc Trăng” được thực hiện nhằm góp phần cho công tác quản lý, sử dụng đất nông nghiệp trên

địa bàn 4 huyện đạt được hiệu quả cao trên cơ sở tối ưu các mục tiêu và ràng buộc về nguồn tài nguyên Trong nghiên cứu đã ứng dụng mô hình toán tối ưu hóa đa mục tiêu và giải các

mô hình toán bằng phương pháp thõa dụng mờ với sự hỗ trợ của Module Solver trong Microsoft Excel Ngoài ra, nghiên cứu còn sử dụng phương pháp so sánh cặp để so sánh mức

độ quan trọng giữa từng cặp mục tiêu gồm lợi nhuận, yêu cầu lao động, hiệu quả đồng vốn, mức thích nghi đất đai, hiệu quả môi trường, từ đó xác định các trọng số trong hàm thõa dụng

tổ hợp Cuối cùng, đề xuất các phương án sử dụng đất tốt nhất làm cơ sở cho quy hoạch sử dụng đất đai

Kết quả nghiên cứu đã chọn lọc ra 5 kiểu sử dụng đất đai có triển vọng ở vùng nghiên cứu bao gồm: Lúa 03 vụ (LUT1), Lúa 02 vụ (LUT2), Tôm_lúa (LUT3), chuyên Tôm (LUT4), Lúa màu (LUT5) Nghiên cứu đã xác định 5 mục tiêu để tối ưu hóa bao gồm: hiệu quả lợi nhuận, hiệu quả yêu cầu lao động, hiệu quả sử dụng đồng vốn, mức thích nghi đất đai và hiệu quả môi trường để đáp ứng được các yêu cầu về kinh tế, xã hội, môi trường trong quy hoạch

sử dụng đất đai; 5 mục tiêu trên xây dựng hàm thõa dụng tổ hợp; với các ràng buộc chính về giới hạn diện tích thích nghi, giới hạn về số ngày công lao động và giới hạn về chi phí đầu tư Kết quả nghiên cứu đã xác định được phương án bố trí sử dụng đất hợp lý cơ bản đáp ứng đồng thời 5 mục tiêu nêu trên với các trọng số lần lượt là w1= 0,284 (lợi nhuận), w2 = 0,058 (yêu cầu lao động), w3 = 0,277 (hiệu quả đồng vốn), w4 = 0,17 (mức thích nghi đất đai), w5 = 0,211 (hiệu quả môi trường) với 03 điều kiện ràng buộc về giới hạn diện tích thích nghi, giới hạn về số ngày công lao động và giới hạn về chi phí đầu tư Vùng I: phương án lựa chọn LUT5 (Lúa-màu) với diện tích 4.635,05 ha Vùng II: phương án lựa chọn LUT4 (Chuyên tôm) với diện tích 47.445,59 ha Vùng III: phương án lựa chọn LUT2 (02 Lúa) với diện tích 14.420,51 ha Vùng Va: phương án lựa chọn LUT2 (02 Lúa) với diện tích 2.971,30 ha và phương án lựa chọn LUT3 (Tôm_lúa) với diện tích 2.971,30 ha Vùng Vb: phương án lựa chọn LUT3 (Tôm_lúa) với diện tích 13.300,36 ha Vùng VI: phương án lựa chọn LUT4 (Chuyên Tôm) với diện tích 10.888,86 ha

MỤC LỤC

T rang

1.1 Khái niệm về đất đai và quy hoạch sử dụng đất đai 2

1.1.3 Tổng quan về các phương pháp quy hoạch sử dụng đất đai 3

1.2.2 Vấn đề hiệu quả và các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả sử dụng đất nông nghiệp 5

1.4 Phương pháp so sánh cặp xác định trọng số các mục tiêu 18

2.2.3 Tối ưu hóa lựa chọn các mô hình sử dụng đất đai bằng phương pháp thỏa dụng

3.1 Hiện trạng sử dụng đất tại huyện Hồng Dân, tỉnh Bạc Liêu 36

3.3 Phân vùng thích nghi tự nhiên cho các kiểu sử dụng đất đai 40

3.4 Tối ưu hóa lựa chọn các mô hình sử dụng đất đai bằng mô hình toán 45

3.4.2 Thiết lập các hàm mục tiêu riêng lẻ 47

3.4.5 Tổng hợp các phương án tối ưu lựa chọn các kiểu sử dụng đất đai 69

3.4.7 Đánh giá các phương án và đề xuất phương án chọn 72

DANH SÁCH HÌNH

3.1 Bản đồ đơn vị đất đai 04 huyện ven biển tỉnh Sóc Trăng 40 3.2 Bản đồ phân vùng thích nghi tự nhiên của các kiểu sử dụng đất đai 44

tỉnh Sóc Trăng

54 3.5 Đánh giá ảnh hưởng môi trường các LUT tại 4 huyện ven biển tỉnh Sóc

3.8 Giá trị so sánh cặp mục tiêu trong môi trường rõ (Kịch bản 1) 62

3.10 Giá trị so sánh cặp mục tiêu trong môi trường rõ (Kịch bản 2) 66

3.12 Tổng hợp các phương án lựa chọn các kiểu sử dụng đất đai 71

3.14a Kết quả tối ưu hóa yêu cầu lao động phương án 2 73

3.15a Kết quả tối ưu hóa hiệu quả sử dụng đồng vốn phương án 3 74 3.15b Lao động của hàm hiệu quả sử dụng đồng vốn phương án 3 75 3.16a Kết quả tối ưu hóa mức thích nghi đất đai phương án 4 76 3.16b Lao động của hàm mức thích nghi đất đai phương án 4 76 3.17a Kết quả tối ưu hóa hiệu quả môi trường phương án 5 77 3.17b Lao động của hàm hiệu quả môi trường phương án 5 78 3.18a Kết quả tối thiểu hóa chi phí đầu tư phương án 6 79 3.18b Lao động của hàm tối thiểu hóa chi phí đầu tư phương án 6 79 3.19a Kết quả tối ưu hóa hàm thõa dụng mờ phương án 7 80

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT

AHP Analytic Hierarchy Process Kỹ thuật phân tích thứ bậc

FAHP-GDM Fuzzy Analytic Hierarchy

Process-Group Decision Making

AHP mờ trong ra quyết định nhóm FAO Food and Agriculture

Organization of the United Nation

Tổ chức lương thực và nông nghiệp của Liên hiệp quốc

LUT Land Utilization Type Kiểu sử dụng đất đai

PLUP Participatory Land Use Planning Quy hoạch sử dụng đất có sự tham gia

của người dân

SSSA Soil Science Society of America Hội khoa học đất Mỹ

MỞ ĐẦU

Dưới sức ép của đô thị hóa và sự gia tăng dân số, đất nông nghiệp đang đứng trước nguy cơ suy giảm về số lượng và chất lượng Con người đã và đang khai thác quá mức mà chưa có biện pháp hợp lý để bảo vệ đất đai Việc sử dụng đất hợp lý, xây dựng một nền nông nghiệp sạch, sản xuất ra nhiều sản phẩm chất lượng đảm bảo môi trường sinh thái ổn định và phát triển bền vững đang là vấn đề toàn cầu (Đào Ngọc Đức, 2009)

Sự xung đột giữa các mục tiêu trong khai thác sử dụng tài nguyên đất đai vào phát triển kinh

tế - xã hội ngày càng gia tăng, tạo ra những cạnh tranh gay gắt giữa các mục đích sử dụng đất

Do vậy, việc ra quyết định bố trí sử dụng đất thõa mãn đồng thời các mục tiêu đem lại hiệu quả kinh tế cao, đáp ứng yêu cầu của toàn xã hội, hạn chế đến mức thấp nhất tác động xấu đến

môi trường là bài toán phức tạp mà người ra quyết định (nhà quản lý, nhà quy hoạch, …)

đang đối mặt (Lê Cảnh Định, 2011)

Hiện nay, việc ứng dụng mô hình toán học và giải mô hình toán học với sự trợ giúp của máy tính cũng như các phần mềm có sẵn hay tự thiết kế đang là một trong những phương pháp có nhiều ưu việt, được triển khai trong hầu hết các lĩnh vực, trong số đó có các ngành kinh tế, kỹ thuật và quy hoạch sử dụng đất (Nguyễn Tuấn Anh, 2004 và Nguyễn Thị Vòng, 2001) Bài toán bố trí sử dụng đất nông nghiệp là bài toán tối ưu đa mục tiêu Việc xác định trọng số các mục tiêu bằng kỹ thuật logic mờ trong so sánh cặp, cho kết quả có độ chính xác cao hơn trong quá trình ra quyết định bố trí sử dụng đất (Lê Cảnh Định và Trần Trọng Đức, 2011)

Đối với Mỹ Xuyên, Trần Đề, Long Phú, Vĩnh Châu là 4 huyện vùng ven biển của tỉnh Sóc Trăng, phần lớn người dân sinh sống dựa vào sản xuất nông nghiệp là chính, huyện có diện tích tự nhiên 148.696,15 ha, trong đó diện tích đất nông nghiệp 126.479,77 ha chiếm 85,08% tổng diện tích tự nhiên(Ủy ban nhân dân tỉnh Sóc Trăng, 2011) Đây là 4 huyện thuộc 3 vùng sinh thái ven biển đặc trưng ngọt, mặn và lợ của tỉnh Sóc Trăng, chịu nhiều tác động về sự xâm nhập mặn, kinh tế và xã hội đến thay đổi sử dụng đất nông nghiệp (Nguyễn Hữu Kiệt, 2008) Do đó, việc nghiên cứu sử dụng mô hình toán tối ưu hóa đa mục tiêu: kinh tế, xã hội, môi trường để bố trí các mô hình sử dụng đất bền vững trên từng đơn vị sản xuất trên địa bàn huyện làm cơ sở cho quy hoạch sử dụng đất nông nghiệp trong tương lai là việc làm cần thiết

Do đó, đề tài: ”Ứng dụng mô hình toán tối ưu hóa đa mục tiêu trong quy hoạch sử dụng đất nông nghiệp tại tỉnh Sóc Trăng (4 huyện vùng ven biển Mỹ Xuyên, Trần Đề, Long Phú, Vĩnh Châu)” được thực hiện nhằm mục đích:

- Thiết lập mô hình bài toán tối ưu đa mục tiêu ứng dụng trong quy hoạch sử dụng đất

- Ứng dụng mô hình toán trong điều kiện thực tế tại 4 huyện ven biển tỉnh Sóc Trăng làm cơ

sở cho quy hoạch sử dụng đất nông nghiệp bền vững định hướng đến năm 2020

CHƯƠNG 1 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 1.1 Khái niệm về đất đai và quy hoạch sử dụng đất đai

1.1.1 Khái niệm, định nghĩa đất đai

Theo Lê Quang Trí (1998), đất đai là một thực thể tự nhiên dưới dạng đặc tính không gian và địa hình, thường được kết hợp với một giá trị kinh tế và được diễn tả dưới dạng giá đất/ha khi chuyển nhượng quyền sử dụng đất Hiểu rộng hơn, quan điểm tổng thể cũng bao gồm luôn cả nguồn tài nguyên sinh vật môi trường và kinh tế xã hội của thực thể tự nhiên

Theo Lê Quang Trí (2005) thì đất đai là một diện tích khoanh vẽ của bề mặt đất của trái đất, chứa đựng tất cả các đặc trưng của sinh khí quyển ngay bên trên và bên dưới của lớp mặt này, bao gồm khí hậu gần mặt đất, đất và dạng địa hình, nước mặt (bao gồm những hồ cạn, sông, đầm trũng và đầm lầy), lớp trầm tích gần mặt và kết hợp với

dự trữ nước ngầm, tập đoàn động vật và thực vật, mẫu hình định cư của con người và những kết quả về tự nhiên của những hoạt động của con người trong thời gian qua và hiện tại (làm ruộng bậc thang, cấu trúc hệ thống trữ và thoát nước, đường sá nhà cửa)

Theo Lê Tấn Lợi (2009), đất đai về mặt địa lý mà nói thì đó là một vùng đất chuyên biệt trên

bề mặt của trái đất, có những đặc tính mang tính ổn định hay có chu kỳ dự đoán được trong khu vực sinh khí quyển theo chiều thẳng đứng từ trên xuống dưới, trong đó bao gồm: không khí, đất và lớp địa chất, nước, quần thể thực vật và động vật và kết quả của những hoạt động của con người trong việc sử dụng đất đai ở quá khứ, hiện tại và tương lai

1.1.2 Khái niệm quy hoạch sử dụng đất đai

Quy hoạch sử dụng đất đai (QHSDĐĐ) là sự đánh giá tiềm năng đất nước có hệ thống, tính thay đổi trong sử dụng đất đai và những điều kiện kinh tế xã hội, để chọn lọc và thực hiện các

sự chọn lựa sử dụng đất đai tốt nhất Đồng thời, QHSDĐĐ cũng là chọn lọc và đưa vào thực hành những sử dụng đất đai đó mà nó phải phù hợp với những yêu cầu cần thiết của con người về bảo vệ nguồn tài nguyên thiên nhiên trong tương lai (Lê Quang Trí, 2005)

Để có thể sử dụng đất có hiệu quả hơn thì chúng ta cần phải thực hiện QHSDĐĐ nhưng để

QHSDĐĐ được đi vào hoạt động thì đòi hỏi phải đáp ứng được 3 mục tiêu sau: “hiệu quả, bình đẳng - có khả năng chấp nhận được và bền vững” (Lê Quang Trí, 2005)

Các loại hình sử dụng đất đai bao gồm: đất ở, đất nông nghiệp (thủy sản, chăn nuôi, trồng trọt,

…) đồng cỏ, rừng, đất bảo vệ thiên nhiên và du lịch đều phải được phân chia một cách cụ thể theo thời gian được quy định Do đó trong QHSDĐĐ phải cung cấp những hướng dẫn cụ thể

để có thể giúp cho các nhà quyết định có thể chọn lựa trong các trường hợp có sự mâu thuẩn giữa đất nông nghiệp và phát triển đô thị hay công nghiệp hóa bằng cách là chỉ ra các vùng đất đai nào có giá trị nhất cho đất nông nghiệp và nông thôn mà không nên sử dụng cho các mục đích khác

1.1.3 Tổng quan về các phương pháp quy hoạch sử dụng đất đai

Theo FAO (1993) đã đưa ra hướng dẫn lập quy hoạch sử dụng đất, đây là mốc thời gian quan trọng trong quá trình phát triển các phương pháp quy hoạch đất đai Như vậy, có thể phân loại các phương pháp theo các mốc thời gian: các phương pháp trước khi có phương pháp FAO, các phương pháp của FAO, phương pháp khác: phương pháp quy hoạch sử dụng đất có sự tham gia

 Các phương pháp quy hoạch sử dụng đất trước FAO

Trước khi có hướng dẫn lập quy hoạch sử dụng đất của FAO đã có nhiều nghiên cứu tiếp cận theo nhiều phương pháp khác nhau, đáng kể nhất là các nghiên cứu:

Theo SSSA (1984), ở Mỹ trong giai đoạn 1929-1943 việc bố trí phương án sử dụng đất chủ yếu dựa vào thích nghi đất đai nhưng chỉ xét 2 yếu tố chính là thổ nhưỡng và khả năng tưới Sau năm 1965, luật quản lý tài nguyên nước được ban hành, nên tập trung giải quyết bài toán

sử dụng đất như thế nào để sử dụng hiệu quả tài nguyên nước Giai đoạn 1967-1975, cơ quan nghiên cứu đất nông nghiệp quốc gia (The National Agricultural Land Study) đã quy hoạch phân vùng sản xuất nông nghiệp, kết quả có 271 khu vực sản xuất được chia thành 123 vùng khác nhau

Tóm lại, các phương pháp quy hoạch sử dụng đất trước FAO chủ yếu bố trí sử dụng đất dựa vào 2 yếu tố chính là đất và nước

 Phương pháp quy hoạch sử dụng đất theo FAO, 1993

Theo FAO (1993) đã xuất bản cuốn sách hướng dẫn lập quy hoạch sử dụng đất (Guideline for Land Use Planning, FAO, 1993) Đây là bước phát triển mới trong công tác lập quy hoạch sử dụng đất

Theo FAO, nội dung lập quy hoạch sử dụng đất gồm đánh giá thích nghi đất đai và đánh giá các yếu tố kinh tế - xã hội, xác định tiềm năng đất đai kết hợp với định hướng phát triển kinh

tế - xã hội Ngoài ra, quan điểm phát triển bền vững được quan tâm xém xét đưa vào trong quy hoạch Các tiêu chí đánh giá tính bền vững được xem xét trong việc bố trí sử dụng đất đai (FAO, 1995) Theo thời gian, phương pháp FAO đã có những thay đổi theo các phương pháp tiếp cận khác nhau theo hai chiều từ trên xuống và ngược lại từ dưới lên có sự tham gia của cộng đồng (người trực tiếp sử dụng đất đai) trong mối quan hệ ràng buộc giữa các chủ thể trong sử dụng đất đai với điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội và môi trường Tiến trình lập quy hoạch sử dụng đất gồm 10 bước:

+ Thiết lập mục tiêu và các tư liệu có liên quan

+ Tổ chức thực hiện

+ Phân tích vấn đề

+ Xác định các cơ hội cần thay đổi

+ Đánh giá khả năng thích nghi đất đai

+ Đánh giá những sự lựa chọn khả năng

+ Lọc ra những lựa chọn tốt nhất

+ Chuẩn bị quy hoạch sử dụng đất đai

+ Thực hiện quy hoạch

+ Theo dõi và xem xét chỉnh sửa quy hoạch

 Phương pháp quy hoạch sử dụng đất có sự tham gia (Participatory Land Use Planning - PLUP)

GTZ (1999) đã phát triển phương pháp quy hoạch có sự tham gia của người dân (Participatory Land Use Planning - PLUP) thành hệ thống phương pháp có tính khả thi cao trong việc quy hoạch phát triển bền vững nguồn tài nguyên đất đai phù hợp với yêu cầu của người dân

Có nhiều định nghĩa về PLUP được đề xuất bởi nhiều cơ quan khác nhau, tuy nhiên, hai định nghĩa sau đây thường được trích dẫn:

- PLUP là một quá trình lặp đi lặp lại và có hệ thống được thực hiện nhằm tạo nên môi trường thích hợp cho sự phát triển bền vững tài nguyên đất đai đáp ứng nhu cầu cần thiết và cấp bách của con người Nó đánh giá các tiềm năng và hạn chế về mặt tự nhiên, kinh tế xã hội, thể chế

và pháp lý đối với sự chọn lựa và sử dụng bền vững tài nguyên đất đai, và cho phép người dân đưa ra các quyết định về việc làm thế nào để phân bổ các nguồn tài nguyên đó

- PLUP là một quá trình lặp đi lặp lại trên cơ sở hội thoại giữa các nhóm có liên quan nhằm đạt được sự thoã thuận và quyết định một hình thức sử dụng đất đai bền vững ở khu vực nông thôn cũng như việc triển khai và giảm sát việc thực thi

Ở cả 2 định nghĩa trên, vai trò của người dân được ghi nhận và được trao quyền trong quá trình quy hoạch Người dân được tạo điều kiện để nói lên ý kiến của họ liên quan đến việc sử dụng tài nguyên đất đai và làm thế nào để đất đai mang lại lợi ích cho cả cộng đồng

Nhìn chung, phương pháp quy hoạch sử dụng đất có sự tham gia (PLUP) dễ được các đối tượng sử dụng đất chấp nhận nhưng cũng thường mâu thuẫn với chính sách của Nhà nước

1.2 Quan điểm về hiệu quả sử dụng đất nông nghiệp

1.2.1 Quan điểm sử dụng đất bền vững

Sử dụng đất đai bền vững là phải phù hợp với những yêu cầu hiện tại đồng thời cũng phải bảo

vệ được nguồn tài nguyên thiên nhiên cho các thế hệ kế tiếp trong tương lai Điều này đòi hỏi một sự kết hợp giữa sản xuất và bảo vệ: sản xuất ra hàng hóa cho nhu cầu ở hiện tại kết hợp với bảo vệ tài nguyên thiên nhiên Tuy nhiên, trong quá trình sản xuất lệ thuộc vào tài nguyên nên việc bảo vệ và sử dụng cân đối nguồn tài nguyên này là nhằm bảo đảm sự sản xuất được lâu bền trong tương lai (Lê Quang Trí, 2005)

Theo Smyth A.J và J.Dumanski (1995), có 5 nguyên tắc duy trì được khả năng bền vững của đất đai đó là:

- Duy trì, nâng cao các hoạt động sản xuất

- Giảm mức độ rủi ro đối với sản xuất

- Bảo vệ tiềm năng của các nguồn tài nguyên tự nhiên, chống lại sự suy thoái chất lượng đất

và nước

- Khả thi về mặt kinh tế

- Được sự chấp thuận của xã hội

Thực tế nếu diễn ra đồng bộ với những mục tiêu trên thì khả năng bền vững sẽ đạt được, nếu chỉ đạt được một hay vài mục tiêu mà không phải tất cả thì khả năng bền vững chỉ mang tính

bộ phận

Vận dụng các nguyên tắc đã nêu ở trên, ở Việt Nam một loại hình được coi là bền vững phải đạt được ba yêu cầu:

- Bền vững về kinh tế: cây trồng cho năng suất cao, chất lượng tốt, được thị trường chấp nhận

- Bền vững về xã hội: nâng cao được đời sống nhân dân, thu hút được lao động, phù hợp với phong tục tập quán của người dân

- Bền vững về môi trường: các loại hình sử dụng đất phải bảo vệ được độ màu mỡ của đất, ngăn chặn sự suy thoái đất và bảo vệ môi trường sinh thái đất (Đào Chu Thu và Nguyễn Khang, 1998)

Tóm lại: Đối với sản xuất nông nghiệp, việc sử dụng đất bền vững chỉ đạt được trên cơ sở duy trì các chức năng chính của đất là đảm bảo khả năng sản xuất của cây trồng một cách ổn định, không làm suy giảm nguồn tài nguyên đất đai theo thời gian và việc sử dụng đất không gây ảnh hưởng xấu đến hoạt động sống của con người và sinh vật

1.2.2 Vấn đề hiệu quả và các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả sử dụng đất nông nghiệp

 Về hiệu quả sử dụng đất

Bản chất của hiệu quả là sự thể hiện yêu cầu tiết kiệm thời gian, trình độ sử dụng nguồn lực

xã hội Karl Marx cho rằng, quy luật tiết kiệm thời gian là quy luật có tầm quan trọng đặc biệt tồn tại trong nhiều phương thức sản xuất Mọi hoạt động của con người đều tuân theo quy luật

đó, nó quyết định động lực phát triển của lực lượng sản xuất, tạo điều kiện phát triển văn minh xã hội và nâng cao đời sống con người qua mọi thời đại

Hiệu quả kinh tế

Hiệu quả kinh tế được hiểu là mối tương quan so sánh giữa kết quả đạt được và lượng chi phí

bỏ ra trong hoạt động sản xuất kinh doanh Kết quả đạt được là phần giá trị thu được của sản phẩm đầu ra, lượng chi phí bỏ ra là phần giá trị của các nguồn lực đầu vào Mối tương quan

đó cần được xem xét cả về phần so sánh tuyệt đối và tương đối cũng như xem xét mối quan

hệ chặt chẽ giữa hai đại lượng đó

Hiệu quả kinh tế sử dụng đất là: Với một diện tích đất đai nhất định sản xuất ra một khối lượng của cải vật chất nhiều nhất với lượng đầu tư chi phí về vật chất và lao động nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về vật chất của xã hội (Mai Văn Nam, 2007)

Hiệu quả kinh tế là mục tiêu chính của các nông hộ sản xuất nông nghiệp

Hiệu quả xã hội

Phản ánh mối tương quan giữa kết quả thu được về mặt xã hội mà sản xuất mang lại với các chi phí sản xuất xã hội bỏ ra Loại hiệu quả này đánh giá chủ yếu về mặt xã hội do sản xuất

mang lại

Hiệu quả môi trường

Theo Nguyễn Ngọc Nông và ctv (2007), hiệu quả môi trường là môi trường được sản sinh do tác động của hóa học, sinh học, vật lý Chịu ảnh hưởng tổng hợp của các yếu tố môi trường của các loại vật chất trong môi trường Hiệu quả môi trường phân theo nguyên nhân gây nên gồm: hiệu quả hóa học môi trường, hiệu quả vật lý môi trường, hiệu quả sinh vật môi trường: Một hoạt động sản xuất được xem là có hiệu quả môi trường khi không có những ảnh hưởng tác động xấu đến môi trường đất, nước, không khí, không làm ảnh hưởng tác động xấu đến môi trường sinh thái và đa dạng sinh học

 Hệ thống các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả sử dụng đất

Hiệu quả sử dụng đất của một loại hình nào đó thường được đánh giá dựa trên ba khía cạnh: hiệu quả kinh tế, hiệu quả xã hội và hiệu quả môi trường

Theo Nguyễn Thị Hải (2005), chỉ tiêu hiệu quả về mặt kinh tế, bao gồm các chỉ tiêu:

- Chi phí: là sự hao phí thể hiện bằng tiền trong quá trình kinh doanh với mong muốn mang về một kết quả nhất định Chi phí phát sinh trong quá trình sản xuất của nông hộ nhằm đạt được mục tiêu cuối cùng là doanh thu và lợi nhuận

Tổng chi phí: là bao gồm tất cả các chi phí bỏ ra cho một quá trình hay chu kì sản xuất bao gồm: chi phí giống, chi phí phân bón, chi phí thuốc dưỡng và thuốc diệt cỏ, chi phí lao động… và các khoản chi phí khác

Tổng chi phí = Chi phí vật tư + Chi phí lao động + Chi phí khác

- Tổng doanh thu: là toàn bộ giá trị của sản phẩm tính trên một đơn vị diện tích, bằng năng suất nhân với giá của sản phẩm đó trên một đơn vị diện tích

Doanh thu = Năng suất * Đơn giá * Đơn vị diện tích

- Thu nhập: là khoản chênh lệch giữa doanh thu và chi phí bỏ ra (chưa bao gồm chi phí lao động của gia đình)

Thu nhập = Doanh thu – Tổng chi phí (chưa bao gồm chi phí lao động gia đình)

Lợi nhuận: là khoản chênh lệch giữa doanh thu và chi phí bỏ ra (đã bao gồm chi phí lao động của gia đình)

Lợi nhuận = Doanh thu – Tổng chi phí (bao gồm chi phí lao động gia đình)

Tỷ suất lợi nhuận hay hiệu quả sử dụng đồng vốn (B/C): được tính bằng cách lấy lợi nhuận chia cho tổng chi phí Tỷ suất lợi nhuận cho biết một đồng chi phí được đầu tư vào sản xuất thì thu được bao nhiêu đồng lợi nhuận

B/C = Lợi nhuận/ Tổng chi phí

Lợi nhuận/ Doanh thu: cho biết một đồng doanh thu mà nông hộ thu được thì có bao nhiêu đồng lợi nhuận trong đó

Doanh thu/ Chi phí: cho biết một đồng chi phí mà nông hộ bỏ ra đầu tư thì thu lại được bao nhiêu đồng doanh thu

Các chỉ tiêu phân tích được đánh giá định lượng (giá trị) bằng tiền theo thời giá hiện hành và định tính (phân cấp) được tính bằng mức độ cao, thấp Các chỉ tiêu đạt mức càng cao thì hiệu quả kinh tế càng lớn

Theo Nguyễn Thị Hải (2005), chỉ tiêu hiệu quả về mặt xã hội, bao gồm các chỉ tiêu:

Để đánh giá hiệu quả xã hội cho một loại hình sử dụng đất nào đó, thường xét đến chỉ tiêu là loại hình đó giải quyết được bao nhiêu lao động/ha/năm, khả năng bố trí lao động, mức độ đáp ứng vấn đề an sinh xã hội, khả năng thu hút và sử dụng nguồn vật chất tại chỗ

Theo Nguyễn Thị Hải (2005), chỉ tiêu hiệu quả về môi trường, bao gồm các chỉ tiêu:

Trong quá trình sản xuất để nâng cao năng suất cây trồng thì con người đã tác động một cách không hợp lý vào đất gây ảnh hưởng không nhỏ đến môi trường Để đánh giá chính xác về mặt môi trường thường sử dụng các công thức tính và chỉ tiêu như sau:

- Đánh giá hệ thống sản xuất cây trồng

- Sự thích hợp với môi trường đất khi thay đổi loại hình sử dụng đất

- Đánh giá về quản lý và bảo vệ tự nhiên

1.3 Tối ưu hóa trong quy hoạch sử dụng đất đai

1.3.1 Khái niệm về mô hình toán học

Theo Nguyễn Hải Thanh (2007), mô hình toán học được thành lập trên cơ sở phân tích lý thuyết bản chất của hệ thống cần nghiên cứu Cả lý thuyết và nguyên lý cơ bản đối với hệ thống cùng với những giả thuyết đơn giản hóa sẽ cho phép thành lập những quan hệ toán học

Hệ số sử dụng đất (%) = x 100% Tổng diện tích gieo trồng hàng năm

Tổng diện tích đất trồng cây hàng năm

Độ che phủ (%) = x 100% DT đất lâm nghiệp có rừng + đất cây trồng lâu năm

Tổng diện tích đất tự nhiên

giữa các thông số cơ bản của hệ thống Sau đó mô hình sẽ được hiệu chỉnh dựa trên dữ liệu đã thu thập trong quá khứ đối với hệ thống thực và được kiểm chứng dựa trên những dữ liệu thu thập thêm

Như vậy, về cơ bản mô hình toán học bao gồm việc chuyển đổi hệ thống nghiên cứu từ dạng phức tạp tự nhiên thành các biểu tượng và ký hiệu của ngôn ngữ toán học Các biểu tượng và

ký hiệu mang những ý nghĩa nhất định và dùng để tính toán theo các định luật toán học Các nguyên lý và lý thuyết về các quá trình xảy ra trong hệ thống được sử dụng để xây dựng các phương trình quan hệ giữa các thông số của hệ thống

1.3.2 Tổng quát về bài toán tối ưu

Tối ưu hoá là một trong những lĩnh vực kinh điển của toán học, có ảnh hưởng đến hầu hết các lĩnh vực, trong đó có nông nghiệp Trong thực tế, việc tìm ra giải pháp tối ưu cho một vấn đề nào đó chiếm một vai trò hết sức quan trọng Phương án tối ưu là những phương án tốt nhất, tiết kiệm được chi phí, tài nguyên, sức lực mà mang lại hiệu quả cao

Có thể phát biểu mô hình (bài toán) tối ưu tổng quát như sau:

F(X)  Max (Min) với X D được gọi là miền ràng buộc

F ở đây có thể là một hàm vô hướng hay hàm véc tơ, tuyến tính hay phi tuyến

Trong trường hợp F là hàm vô hướng thì ta có mô hình quy hoạch (tối ưu) đơn mục tiêu, còn nếu F là véc tơ thì có mô hình quy hoạch (tối ưu) đa mục tiêu X có thể là một biến đơn lẻ hay một tập hợp nhiều biến tạo thành một vectơ hay thậm chí là một hàm của nhiều biến khác Biến có thể nhận các giá trị liên tục hay rời rạc D là miền ràng buộc của X, thường được biểu diễn bởi các đẳng thức, bất đẳng thức và được gọi là miền phương án khả thi hay phương án chấp nhận được

 Các dạng bài toán tối ưu

Căn cứ vào các tính chất của thành phần bài toán và đối tượng nghiên cứu, bài toán tối ưu có các dạng sau (Nguyễn Hải Thanh, 1997):

- Bài toán quy hoạch tuyến tính (linear programming): khi hàm mục tiêu f(x) (objective function) và tất cả các ràng buộc gi(x), i = 1, 2, …, m là tuyến tính

- Bài toán tối ưu phi tuyến hay còn gọi là bài toán quy hoạch phi tuyến bao gồm cả bài toán quy hoạch lồi và bài toán quy hoạch toàn phương: khi hàm mục tiêu f(x) (objective function) hoặc có ít nhất một ràng buộc gi(x) là phi tuyến

- Bài toán tối ưu rời rạc: khi miền ràng buộc D là tập rời rạc Trong trường hợp các biến chỉ nhận giá trị nguyên thì ta có quy hoạch nguyên

- Bài toán quy hoạch động: khi đối tượng xét là các quá trình có nhiều giai đoạn nói chung, hay các quá trình phát triển theo thời gian nói riêng

- Bài toán quy hoạch đa mục tiêu: khi trên cùng một miền ràng buộc ta xét đồng thời nhiều hàm mục tiêu khác nhau



- Bài toán quy hoạch ngẫu nhiên : khi các hệ số đầu vào là các biến ngẫu nhiên tuân theo một quy luật phân bố xác xuất nhất định

- Bài toán quy hoạch tham số: khi các hệ số trong biểu thức của hàm mục tiêu và của hàm ràng buộc (hệ số đầu vào) phụ thuộc vào tham số

- Bài toán quy hoạch mờ: khi các hệ số đầu vào có phân bố mờ và để phản ánh độ mờ trong việc định ra các mục tiêu và các ràng buộc, tức là khi giá trị của các hệ số được đánh giá theo chủ quan thông qua kinh nghiệm và số liệu thống kê

 Bài toán tối ưu một mục tiêu tuyến tính và phi tuyến

Dạng chính tắc của bài toán tối ưu toàn cục một mục tiêu được biểu diễn như sau:

Nếu ký hiệu D là miền các phương án (miền ràng buộc) cho bởi các ràng buộc (i), (ii) và/hoặc

(iii) thì bài toán trên đây có thể viết gọn lại như sau: f(X)  Max (Min) với X D Lúc

này, X* D được gọi là phương án tối ưu toàn cục nếu X D ta luôn có: f(X*) ≤ f(X) Trong trường hợp f(X*) ≤ f(X) chỉ đúng với X D trong một lân cận của X* thì X* được gọi là phương án tối ưu địa phương

Trong trường hợp có ít nhất một trong các hàm mục tiêu hay ràng buộc là hàm phi tuyến, chúng ta có bài toán quy hoạch phi tuyến Trong các bài toán tối ưu phi tuyến ứng dụng nói chung, và trong nông nghiệp nói riêng, lời giải tối ưu toàn cục có một ý nghĩa quan trọng Chẳng hạn trong thiết kế máy nông nghiệp, sau khi dùng phương pháp phân tích hồi qui nhiều chiều, ta thường thu được hàm mục tiêu f(X) có dạng phi tuyến Các bài toán tối ưu toàn cục cũng có thể nảy sinh trong quy hoạch kinh tế - sinh thái vùng, hay xác định cơ cấu đất canh tác - cây trồng Bài toán đặt ra là phải tìm được phương án tối ưu toàn cục Có rất nhiều phương pháp giải các lớp bài toán tối ưu phi tuyến, nhưng chưa có phương pháp nào tỏ ra hữu hiệu cho mọi bài toán tối ưu phi tuyến, đặc biệt là các bài toán có các biến nhận các giá trị liên tục cũng như nguyên

Trong trường hợp tất cả các hàm mục tiêu cũng như ràng buộc đều là các hàm tuyến tính, chúng ta có BTQHTT Trái với bài toán quy hoạch phi tuyến, BTQHTT có thể giải bằng một

số phương pháp tối ưu quen biết (như phương pháp đơn hình cải biên, phương pháp hai pha,





phương pháp điểm trong…) và được sử dụng rộng rãi trong quy hoạch sử dụng đất cũng như nhiều lĩnh vực của kinh tế và quản trị kinh doanh nông nghiệp Đặc biệt, khi các ràng buộc đều cho ở dạng bất đẳng thức với dấu ≤ thì ta có mô hình tối ưu (quy hoạch tuyến tính) một mục tiêu sau:

Min CX với ràng buộc X D , trong đó:

C là véc tơ Rn

D = { X  Rn : AX ≤ B, X ≥ 0 }

với A là ma trận cấp m × n và B Rm

 Bài toán tối ưu đa mục tiêu tuyến tính và phi tuyến

Mô hình tối ưu đa mục tiêu có dạng sau đây:

Trong mô hình này, ta có p mục tiêu cần tối ưu hoá, các hệ số của các hàm mục tiêu và ràng

buộc nói chung được giả sử là các giá trị thực xác định (cũng gọi là giá trị rõ) Trong trường hợp có ít nhất một trong các hàm mục tiêu hay các hàm ràng buộc là hàm phi tuyến, chúng ta

có bài toán quy hoạch đa mục tiêu phi tuyến Còn nếu tất cả các hàm mục tiêu và các hàm ràng buộc đều là hàm tuyến tính, chúng ta có mô hình quy hoạch tuyến tính đa mục tiêu với dạng chính tắc như sau:

Min CX với ràng buộc X D, trong đó:

C là ma trận cấp p×m

D = { X Rn : AX ≤ B, X ≥ 0 }

với A là ma trận cấp m x n và B Rm

 Phương án tối ưu Pareto

Khái niệm then chốt trong tối ưu hoá đa mục tiêu là khái niệm phương án tối ưu Pareto, ta cần biết các định nghĩa và định lý sau:

 Định nghĩa 1: Một phương án tối ưu Pareto X* có tính chất sau đây:

i) Trước hết nó phải thuộc vào miền các phương án khả thi của bài toán, tức là phải thoả mãn tất cả các ràng buộc: X* D 

ii) Với mọi phương án khả thi khác X D mà có một mục tiêu nào đó tốt hơn (tồn tại chỉ số i sao cho fi(X) tốt hơn fi(X*)) thì cũng phải có ít nhất một mục tiêu khác xấu hơn (tồn tại j ≠ i sao cho fj(X) xấu hơn fj(X*))

Nói một cách khác, không tồn tại một phương án khả thi nào X D có thể trội hơn X* trên tổng thể

 Định nghĩa 2: Giải bài toán tối ưu toàn cục đa mục tiêu là chọn ra từ tập hợp P các phương

án tối ưu Pareto của bài toán một (một số) phương án tốt nhất theo một nghĩa nào đó dựa trên

cơ cấu ưu tiên của người ra quyết định Các phương án như vậy còn được gọi là phương án thõa dụng

+ Cách 1: Bằng một phương pháp tối ưu toán học thích hợp tìm ra tập hợp P tất cả các phương án tối ưu Pareto Người ra quyết định sẽ đề ra cơ cấu ưu tiên của mình đối với tập P Lúc này các phương pháp toán chẳng hạn như giải tích phân loại, các phương pháp lọc… được áp dụng để tìm ra phương án tối ưu cho bài toán đa mục tiêu ban đầu

+ Cách 2: Việc tìm tập hợp P trong trường hợp các bài toán tối ưu phi tuyến là khá khó, nếu không nói là không thể tìm được Vì vậy, so với cách 1, cách 2 sẽ tiến hành theo trình tự ngược lại Trước hết người ra quyết định sẽ đề ra cơ cấu ưu tiên của mình Dựa vào

cơ cấu ưu tiên đó, các mục tiêu sẽ được tổ hợp vào một mục tiêu duy nhất, tiêu biểu cho hàm tổng tiện ích của bài toán Bài toán tối ưu với hàm mục tiêu tổ hợp này sẽ được giải bằng một phương pháp tối ưu toán học thích hợp, để tìm ra một (hoặc một số) phương án tối ưu Pareto Lúc này, người ra quyết định sẽ chọn ra trong số các phương án tối ưu Pareto đó một phương

án tốt nhất

Chúng ta sẽ tiếp tục phân tích cách thứ 2 Rõ ràng, người ra quyết định không thể đề ra cơ cấu

ưu tiên của mình một cách chính xác ngay từ đầu Trong quá trình giải bài toán, trong mỗi bước lặp, sau khi xem xét lại cơ cấu ưu tiên đã đề ra, cũng như phương án tối ưu trung gian, người ra quyết định có thể dựa vào các thông tin đó để thay đổi lại cơ cấu ưu tiên của mình Sau đó, quá trình giải lại được tiếp tục, cho tới khi một phương án tối ưu cuối cùng được đưa

ra

 Định nghĩa 3: Phương pháp giải bài toán tối ưu dựa trên sự trợ giúp của hệ máy tính, nhằm

giúp người ra quyết định từng bước thay đổi các quyết định trung gian một cách thích hợp để

đi tới một phương án tối ưu Pareto thoả mãn nhất, được gọi là phương pháp tương tác người - máy tính

Cho tới thời điểm hiện nay, hàng chục phương pháp giải tương tác bài toán tối ưu đa mục tiêu

đã được đề cập tới trong các tạp chí chuyên ngành, và đa số chúng đều có những ứng dụng rất thành công trong nhiều lĩnh vực Một trong các lớp phương pháp quan trọng và khá thuận tiện cho người sử dụng là phương pháp tương tác người - máy tính giải bài toán tối ưu đa mục tiêu với các yếu tố cấu thành sau:

- Cơ cấu ưu tiên của người ra quyết định và hàm tổ hợp tương ứng





- Kiểu tương tác người - máy tính: các thông tin nào máy tính phải đưa ra lại trong các bước lặp trung gian, và cách thay đổi các thông số của cơ cấu ưu tiên từ phía người ra quyết định

- Kỹ thuật tối ưu toán học được xây dựng dựa trên lý thuyết tối ưu hoá nhằm tìm ra các phương án tối ưu Pareto cho các bài toán cần giải trong các bước lặp trung gian

 Phương pháp thõa dụng mờ giải bài toán quy hoạch tuyến tính đa mục tiêu

Theo Nguyễn Hải Thanh (2007), phương pháp thõa dụng mờ là phương pháp nhằm đưa ra không phải chỉ một phương án tối ưu Pareto thõa mãn nhất mà là một tập SP các phương án tối ưu Pareto cần xem xét Thuật giải thõa dụng mờ giải BTQHTT đa mục tiêu như sau:

a Bước khởi tạo

i) Nhập số liệu cho các hàm mục tiêu tuyến tính Zi (i = 1, 2, , p) và m điều kiện ràng buộc cho bài toán cần giải Giải BTQHTT cho từng mục tiêu Zi (i = 1, 2, , p) với miền ràng buộc

D được xác định bởi m ràng buộc ban đầu để thu được các phương án tối ưu X1, X2, , Xp(nếu với một mục tiêu nào đó bài toán không cho phương án tối ưu thì cần xem xét để chỉnh sửa lại các điều kiện ràng buộc ban đầu)

ii) Tính các giá trị hàm mục tiêu tại các phương án tối ưu X1, X2, , Xp Lập bảng thông tin, xác định giá trị cận trênZBi ,cận dưới Z của mục tiêu Ziw 1, Z2, …, Zp Với ZiB Zi(Xi) và

w i i

Z-Z

Z-Z

w1 + w2 + …+ wp = 1 và 0 ≤ w1, w2, …, wp ≤ 1 ii) Giải bài toán tối ưu với hàm thõa dụng tổ hợp với các ràng buộc ban đầu và các ràng buộc

bổ sung Zi(X) ≤ ai(k) với i = 1, 2, …, p để tìm ra phương án tối ưu của bước lập thứ k là X(k) và các giá trị của hàm mục tiêu Zi cũng như các hàm thỏa dụng µi(Zi) với i = 1, 2, …, p

Bước 2:

i) Nếu µmin = Min {µi(Zi): j = 1, 2, …, p} thì phương án X(k) tìm được không chấp nhận được Trong trường hợp phương án X(k) được chấp nhận vào tập Sp cácphương án tối ưu cần xem xét X(k) không thuộc Sp

ii) Nếu muốn tiếp tục mở rộng tập Sp thì đặt k = k + 1

Nếu k > L1 hoặc số lần bước lặp liên tiếp tập Sp không được mở rộng vượt quá L2 (L1 và L2được người giải tùy chọn) thì đặt ai(k) ZiB với i = 1, 2, …, p Chọn ngẫu nhiên một chỉ số h thuộc {1, 2, …, p} để đặt lại giá trị  B

h

w h ) k (

i) Loại khỏi tập Sp các phương án bị trội

ii) Kết thúc Đưa ra các phương án tối ưu Tuy nhiên, thường các mục tiêu thường cạnh tranh với nhau, khi đáp ứng mục tiêu này sẽ làm xấu mục tiêu khác Do đó, việc giải bài toán tối ưu

đa mục tiêu là hình thức đưa ra quyết định để tìm ra phương án khả thi nhất cân bằng các mục tiêu đơn lẻ theo quyết định của người làm quy hoạch

 Phương pháp luận về bài toán tối ưu trong quy hoạch sử dụng đất đai

Nhìn chung, việc ứng dụng mô hình bài toán tối ưu trong thực tế thường được tiến hành như sau (Nguyễn Tuấn Anh, 2004):

- Để trình bày bài toán bằng ngôn ngữ toán học, ta cần chọn và ký hiệu các đại lượng cần tìm, gọi là các biến hoặc ẩn số

- Điều kiện của các biến: Phải là những chỉ tiêu có thể định lượng cụ thể rõ ràng, không chấp nhận các chỉ tiêu định tính

- Đối với ngành trồng trọt có thể chọn diện tích gieo trồng hoặc sản lượng làm biến số Nhưng kinh nghiệm cho thấy nếu chọn biến là sản lượng sẽ có một số điểm bất lợi sau:

+ Một loại cây trồng có thể đồng thời cho vài ba loại sản phẩm với mức năng suất rất khác nhau, do đó số biến sẽ tăng lên

+ Năng suất cây trồng được dự báo với độ tin cậy không cao, với cách lựa chọn như trên thì năng suất sẽ tham gia vào cả hàm mục tiêu và hệ điều kiện ràng buộc, làm cho kết quả tính toán sẽ giảm độ tin cậy

+ Đại đa số các định mức tiêu dùng vật tư, tài nguyên đều được cho trên đơn vị tính diện tích

Chính vì lẽ đó, trong thực tiễn nên chọn biến là diện tích gieo trồng các loại cây Tương tự, trong ngành chăn nuôi cũng nên chọn biến là số đầu gia súc mỗi loại, hoặc số đầu gia súc thuộc mỗi nhóm

Một bài toán xác định cơ cấu ngành hợp lý có thể được xây dựng với mức độ chi tiết khác nhau Ví dụ, đối với cây lúa, có thể coi diện tích lúa cả năm là một biến, song cũng có thể tách

ra biến lúa Đông Xuân, biến lúa Hè Thu

Bài toán xác định cơ cấu ngành hợp lý được xây dựng chi tiết sẽ thỏa mãn các yêu cầu tổ chức ngành nghề, song nó đòi hỏi phải có nhiều thông tin đầu vào, quy mô bài toán sẽ lớn hơn, do

đó có nhiều biến và nhiều điều kiện ràng buộc Vì vậy bài toán sẽ khó giải hơn

Chính vì thế, trong điều kiện có thể cho phép, người ta cố gắng khái quát hóa một số vấn đề, loại bỏ một số chi tiết ít quan trọng Những cây trồng, những loại gia súc quan

trọng sẽ được đặt thành những biến riêng, còn những cây trồng và loại gia súc không quan trọng sẽ được nhóm thành một nhóm, mỗi nhóm có một đơn vị đại diện Ví dụ: các loại gia cầm (gà, vịt, ngỗng) có thể đặt thành một biến, một số loại cây rau có tính chất gần giống nhau (bắp cải, xà lách, rau thơm, cải ngọt, …) cũng có thể ghép vào một biến đại diện

Khi đó, ta có thể ký hiệu biến như sau:

- Gọi Xj là diện tích gieo trồng, số đầu gia súc gia cầm loại j

- Tổng giá trị sản phẩm tối đa

- Tổng thu nhập tối đa

- Tổng thu nhập thuần tối đa

- Giá thành sản phẩm tối thiểu

- Tổng lợi nhuận tối đa

Đối với bài toán đơn mục tiêu chỉ có thể chọn một trong số các chỉ tiêu tối ưu hóa kể trên, còn với bài toán đa mục tiêu có thể chọn đồng thời một số mục tiêu

Dạng tổng quát của hàm mục tiêu có thể viết như sau:

Trong đó:

- Z là mục tiêu cần đạt

- Cj là hệ số của biến trong hàm mục tiêu

Tùy thuộc vào chỉ tiêu tối ưu hóa đã chọn mà hệ số của biến trong hàm mục tiêu có thể là giá trị sản lượng, hoặc thu nhập, hoặc thu nhập thuần tính trên một đơn vị quy mô

Lập hệ điều kiện ràng buộc

Dạng tổng quát của các điều kiện ràng buộc có thể viết như sau:

- a ij là hệ số của các biến tương ứng với từng điều kiện ràng buộc

- b i là giá trị giới hạn của điều kiện ràng buộc

- Dấu ≤ dùng để biểu diễn các điều kiện hạn chế về tài nguyên như diện tích đất đai, lao động, vốn đầu tư, phân bón và thức ăn gia súc tự sản xuất được, …

- Dấu = dùng để biểu diễn những điều kiện khống chế chặt chẽ như lượng phân bón vô cơ, thuốc trừ sâu, thức ăn gia súc cần mua thêm, lượng vốn cần vay, số lao động cần thuê, …

- Dấu ≥ dùng để biểu diễn các điều kiện đảm bảo sản xuất ra một số loại sản phẩm cần thiết nào đó (lương thực, nguyên liệu cho công nghiệp, …)

Tóm lại: trong quy hoạch sử dụng đất nông nghiệp vấn đề đặt ra là phải bố trí mỗi loại đất với diện tích bao nhiêu để cho phương án sử dụng đất đáp ứng đồng thời nhiều mục tiêu về phát triển kinh tế, xã hội và bảo vệ môi trường Do vậy, bài toán bố trí sử dụng đất nông nghiệp là bài toán tối ưu đa mục tiêu

Khi mô hình hóa bài toán tìm diện tích tối ưu các phương án sử dụng đất, biến quyết định thường được chọn là diện tích các loại cây trồng, khi đó các hàm mục tiêu và hệ ràng buộc đều có thể biểu diễn được ở dạng tuyến tính Do vậy, việc giải bài toán tối ưu trong tìm diện tích các phương án sử dụng đất nông nghiệp là giải bài toán tối ưu tuyến tính đa mục tiêu Trong nghiên cứu này sẽ xây dựng mô hình tối ưu đa mục tiêu tuyến tính trong xác định diện tích tối ưu các phương án sử dụng đất nông nghệp và dùng phương pháp tương tác thỏa hiệp

mờ để giải bài toán

max(min)n

1

j

xc





 Một số phần mềm giải bài toán tối ưu

Phần mềm Microsoft Excel

Microsoft Excel có các công cụ toán học rất mạnh để giải các bài toán tối ưu và thống kê toán học Excel có thể giải được các loại bài toán tối ưu: bài toán quy hoạch tuyến tính tổng quát, các biến có thể có ràng buộc hai phía, ràng buộc cũng có thể viết ở dạng hai phía; bài toán vận tải có hai chỉ số; bài toán quy hoạch nguyên (các biến có điều kiện nguyên hay boolean); bài toán quy hoạch phi tuyến Số biến của bài toán quy hoạch tuyến tính hay nguyên có thể lên tới

200 biến Excel còn có thể giải các bài toán hồi quy trong thống kê toán học: hồi quy đơn, hồi quy bội, hồi quy mũ

Dùng module Solver ta có thể tìm cực đại hay cực tiểu của một hàm số đặt trong một ô gọi là

ô đích Solver chỉnh sửa một nhóm các ô (gọi là các ô có thể chỉnh sửa) có liên quan trực tiếp hay gián tiếp đến công thức nằm trong ô đích để tạo ra kết quả Ta có thể thêm vào các ràng buộc để hạn chế các giá trị mà Solver có thể dùng Đối với bài toán quy hoạch tuyến tính Solver dùng phương pháp đơn hình, đối với quy hoạch phi tuyến Solver dùng phương pháp tụt gradient để tìm một cực trị địa phương

Phần mềm Lingo

Lingo là phần mềm giải các mô hình tối ưu hóa: tối ưu tuyến tính, tối ưu phi tuyến tính, tối ưu toàn phương, tối ưu ngẫu nhiên và tối ưu biến nguyên Phần mềm Lingo giúp cho việc giải các bài toán này hiệu quả, dễ dàng và nhanh chóng Phần mềm Lingo cung cấp gói tích hợp bao gồm một ngôn ngữ mạnh mẽ cho thể hiện mô hình tối ưu hóa, được sử dụng trong nhiều lĩnh vực xây dựng, công nghiệp, kinh tế…

Lingo cho phép giải rất nhiều loại toán tối ưu, trong đó có BTQHTT (biến liên tục cũng như biến nguyên) Để giải bài toán này, chúng ta cần cài đặt Lingo vào trong máy tính Nhấn vào

biểu tượng Lingo trên màn hình để vào cửa sổ Lingo Sau đó thực hiện các lệnh Lingo: Menu

> New > <Untitle> và gõ vào các dữ liệu của bài toán

Phần mềm RST2ANU

Phần mềm RST2ANU 1.0 được sử dụng để giải các bài toán ưu toàn cục phi tuyến dạng tổng quát với các biến liên tục, các biến nguyên và cho các bài toán hỗn hợp nguyên Quá trình xây dựng phương pháp tính toán tối ưu, thuật giải, cài dặt trên ngôn ngữ C và sau này là ngôn ngữ Visual C++ 6.0 cũng như chạy thử nghiệm kéo dài gần tám năm Ngoài ưu điểm giải được các bài toán hỗn hợp nguyên, phần mềm có độ tin cậy rất cao trong việc tìm ra các phương án tối

ưu toàn cục và có giao diện thân thiện đối với người sử dụng Phần mềm đã được đóng gói tránh sao chép và có thể dùng để giải các bài toán lớn khi được cài đặt trên hệ máy tính mạnh Ngoài các phần mềm trên còn có phần mềm Multiopt, Prelime, …

 Một số ứng dụng của bài toán tối ưu

Sự ứng dụng của toán học và các mô hình toán có trong hầu hết các lĩnh vực khoa học kỹ thuật, kinh tế, xã hội, an ninh quốc phòng, … chẳng hạn như: Mô tả gen người hay cấu trúc vật chất qua các mô hình toán học; dùng mô hình toán học để thử công hiệu các loại vũ khí nguyên tử; dùng mô hình toán trong y học để phòng chống dịch bệnh, tạo ra các thuốc chữa bệnh mới; dùng mô hình trong các lĩnh vực kinh tế, quản lý thông tin, …

- Đề tài khoa học cấp Bộ "Nghiên cứu thiết kế hệ hỗ trợ ra quyết định quy hoạch sử dụng đất" Nguyễn Hải Thanh chủ trì đã xây dựng thành công hệ hỗ trợ ra quyết định phục vụ quy hoạch

sử dụng đất nông nghiệp với các chức năng: Quản trị hệ thống, tác nghiệp dữ liệu bản đồ, quản lý cơ sở dữ liệu, giải bài toán quy hoạch tuyến tính đa mục tiêu và tổng hợp ý kiến chuyên gia để đưa ra quyết định tập thể

- Đề tài khoa học cấp Bộ "Xây dựng phần mềm quy trình công nghệ lập quy hoạch sử dụng đất cấp xã" Đoàn Công Quỳ đã nghiên cứu xây dựng phần mềm lập quy hoạch sử dụng đất, ứng dụng trên địa bàn cấp xã và xây dựng mô hình các bài toán tối ưu đa mục tiêu nhằm hỗ trợ cho việc ra quyết định lựa chọn các phương án phát triển bền vững về mặt kinh tế, xã hội

Các mô hình bài toán tối ưu có một vai trò rất quan trọng trong nhiều lĩnh vực như kinh tế vùng, kinh tế nông nghiệp, quản trị kinh doanh nông nghiệp, phát triển nông thôn, quy hoạch

sử dụng đất và tài nguyên hợp lý, chuyển đổi cơ cấu cây trồng vật nuôi, xác định và đánh giá hiệu quả sử dụng đất và tài nguyên, hiệu quả sinh thái môi trường, hoạch định các chính sách tối ưu, thiết kế chế tạo máy, tự động hóa…

Các kết quả đạt được trong các nghiên cứu trên là tương đối khả quan Đây chính là cơ sở cho việc ứng dụng toán học và các mô hình toán học nhằm phát triển nông nghiệp nói riêng cũng như phát triển kinh tế - xã hội nói chung

Các phương pháp tối ưu toán học có thể áp dụng trong các lĩnh vực nông nghiệp rất đa dạng cũng như trong hầu hết các lĩnh vực kinh tế, xã hội khác Một vấn đề được đặt ra khi thiết lập các mô hình bài toán tối ưu là phải xác định rõ các yêu cầu, các mục tiêu cụ thể cần đạt tới, các điều kiện hạn chế (ràng buộc) của bài toán, các yếu tố đầu vào cần xem xét cũng như phải

bỏ ra nhiều công sức để thu thập các dữ liệu thực tế đa dạng với độ tin cậy cao đồng thời cũng cần phải lựa chọn một phương pháp tối ưu toán học phù hợp làm công cụ để giải quyết mô hình bài toán

1.4 Phương pháp so sánh cặp xác định trọng số các mục tiêu

Theo Lê Cảnh Định và Trần Trọng Đức (2009), kỹ thuật phân tích thứ bậc (AHP) (Saaty,1980) như là giải pháp kỹ thuật hỗ trợ người ra quyết định xác định trọng số các mục tiêu Trong đó, người đánh giá sử dụng các số chính xácaij 1/aji [1/9,1][1,9]để so sánh mức độ quan trọng của từng cặp mục tiêu (i,j)

Tuy nhiên, do sự mơ hồ và không chắc chắn của người đánh giá, nên kết quả đánh giá chưa

đủ và chưa chính xác để ra quyết định (Chen và ctv, 2011) Để khắc phục hạn chế của AHP gốc trong môi trường rõ (original crisp AHP), nhiều nghiên cứu đã đề xuất giải pháp kết hợp hai kỹ thuật AHP và logic mờ (FAHP) trong so sánh cặp, cho phép mô tả chính xác hơn trong quá trình ra quyết định (Lê Cảnh Định và Trần Trọng Đức, 2011)

Biến ngôn ngữ và giá trị mờ của biến ngôn ngữ trong so sánh cặp: Theo Onut, Efendigil và

Kara (2010), mối quan hệ giữa các biến ngôn ngữ mô tả mức độ quan trọng giữa 2 tiêu chuẩn [giá trị so sánh rõ, Saaty (1980)] với giá trị mờ của biến ngôn ngữ (các số mờ tam giác) trong

(l, m, u)

Nghịch đảo

số mờ tam giác

(1/u, 1/m, 1/l) Chỉ bằng nhau (just equal) (1, 1, 1) (1, 1, 1)

(1/(x+1), 1/x,

1/(x-1)) x=2, 4, 6, 8

Nguồn: Onut, Efendigil và Kara (2010)

 Phương pháp FAHP-GDM (Kahraman, 2008):

Giả sử có tập đối tượng X={x1, x2, …, xn) và tập mục tiêu U={u1, u2, …, um}

)m ,,2,1jn ,

M   là số mờ tam giác thể hiện mức độ ảnh hưởng của đối tượng

xi đối với mục tiêu uj

Số mờ ~aijk (lijk,mijk,uijk)là kết quả đánh giá mờ của chuyên gia k về mức độ ảnh hưởng của đối tượng xi với mục tiêu uj; với lijk mijk uijkvà lijk,mijk,uijk[1/9,1][1,9]

1k

mM

),lmin(

Bước 1: Tổng hợp mức độ ảnh hưởng mờ của đối tượng i:

1n

1i

m1jMm

u,m1

m,m1

m

1j

u,n1

m,n1

in

1i

m1j

Mgij

1,n1

u

1

1n

x2y

sup)

ul

:else

ulif,0

mmif,1

)d()

MM(hgt)M

M

(

V

1 1 2

2

2 1

2 1

1 2

M 2 1 1

A(d ,),A(d),

Sự không nhất quán là điều thực tế nhưng mức độ không nhất quán không nên quá nhiều

vì khi đó nó thể hiện sự đánh giá không chính xác AHP cung cấp cách đo lường toán học để xác định mức độ không nhất quán của các nhận định thông qua tỉ số nhất quán (CR) Nếu giá trị CR nhỏ hơn hoặc bằng 10%, nghĩa là có thể chấp nhận được, ngược lại nếu giá trị này lớn hơn 10%, cần phải thẩm định lại các bước trước đó Quá trình ước lượng tỉ số nhất quán bao gồm các bước sau (Samo Drobne and Anka Lisec, 2009):

- Xác định vector tổng trọng số bằng cách nhân ma trận so sánh cặp ban đầu với ma trận trọng số của các tiêu chí,

- Xác định vector nhất quán bằng cách chia vector tổng trọng số cho trọng số của các tiêu chí đã được xác định trước đó,

- Tính giá trị riêng lớn nhất (ymax) bằng cách lấy giá trị trung bình của vector nhất quán,

- Tính chỉ số nhất quán (CI), chỉ số đo lường mức độ chệch hướng nhất quán, được xác định theo công thức:

(M M )and(M M )and and(M M )

Trong đó, ymax là giá trị trung bình của vector nhất quán, n là số tiêu chí

Cuối cùng tỷ số nhất quán được tính theo công thức sau:

Bảng 1.4: Chỉ số ngẫu nhiên (RI)

RI 0 0 0,52 0,89 1,11 1,25 1,35 1,40 1,45 1,49 1,52 1,54 1,56 1,58 1,59

Giá trị tỷ số nhất quán CR < 10% là chấp nhận được, nếu lớn hơn thì người đưa ra quyết định thu giảm sự không đồng nhất bằng cách thay đổi giá trị mức độ quan trọng giữa các cặp chỉ tiêu thông qua phỏng vấm lại

1.5 Đặc điểm vùng nghiên cứu

1.5.1 Vị trí hành chính

Tỉnh Sóc Trăng nằm ở phía Đông Nam vùng Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL), cách thành phố Cần Thơ 60 km, có tọa độ địa lý từ 9014’28’’ đến 9055’30’’ vĩ độ Bắc;

105034’16’’ đến 106017’50’’ kinh độ Đông

- Phía Tây Bắc giáp tỉnh Hậu Giang;

- Phía Đông Bắc giáp tỉnh Trà Vinh;

- Phía Tây Nam giáp tỉnh Bạc Liêu;

- Phía Đông Nam giáp Biển Đông

1.5.2 Khái quát chung

Tỉnh có 10 huyện, 1 thành phố, bao gồm: Thành phố Sóc Trăng, các huyện Kế Sách,

Mỹ Tú, Cù Lao Dung, Long Phú, Mỹ Xuyên, Ngã Năm, Thạnh Trị, Vĩnh Châu, Châu Thành

và Trần Đề (Cục Thống kê Tỉnh Sóc Trăng, 2011)

Trên địa bàn của tỉnh có hệ thống giao thông thủy, bộ thuận lợi trong thông thương với các tỉnh trong khu vực ĐBSCL Đó là nằm trên trục Quốc lộ 1A, Quốc lộ 60, Quốc lộ Nam sông Hậu và Quản lộ Phụng Hiệp nối các tỉnh phía Nam và phía Bắc trong đó có cả thành phố

Hồ Chí Minh Bên cạnh đó, thông qua sông Hậu có thể tới các tỉnh ĐBSCL và các nước Lào, Campuchia Với bờ biển dài hơn 72 km là một lợi thế so sánh của Sóc Trăng so với các tỉnh ĐBSCL, cảng Trần Đề đã và tiếp tục được đầu tư xây dựng sẽ rất thuận lợi cho việc giao thương từ Sóc Trăng đến mọi miền của đất nước và quốc tế Những nhân tố “thiên thời, địa lợi” đó đã và đang được chính quyền và nhân dân địa phương thực hiện để phát triển kinh tế, nhằm đẩy mạnh công nghiệp hóa, hiện đại hóa đồng thời hội nhập vào quá trình phát triển chung của khu vực

Địa lý tỉnh được hình thành từ 3 vùng sinh thái tự nhiên là vùng nước ngọt, nước lợ và nước mặn Kinh tế của tỉnh chủ yếu dựa vào sản xuất nông nghiệp, ngư nghiệp và công nghiệp chế biến hàng nông - thủy - hải sản

Hình 1.1: Bản đồ hành chính của tỉnh Sóc Trăng

(Nguồn: Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Sóc Trăng, 2010)

Vùng ven biển tỉnh Sóc Trăng chia làm ba vùng sinh thái ngọt, lợ và mặn rõ rệt Vùng sinh thái ngọt chủ yếu canh tác mô hình hai vụ và ba vụ lúa, vùng sinh thái lợ và mặn đã chuyển đổi cơ cấu sản xuất sang hệ thống canh tác nuôi trồng thủy sản, chủ yếu là nuôi tôm

sú theo các kiểu mô hình tôm- lúa, tôm quảng canh cải tiến, tôm bán thâm canh/ thâm canh một vụ và hai vụ Tuy nhiên, nuôi tôm gặp nhiều rủi ro do ảnh hưởng bởi phần lớn các yếu tố

về đất, nước (Nguyễn Hữu Kiêt, 2008)

1.5.3 Đặc điểm điều kiện tự nhiên

 Đặc điểm khí hậu thuỷ văn

Địa hình

Tỉnh Sóc Trăng có địa hình thấp và tương đối bằng phẳng, cao độ trung bình 0,5 - 1,0 m

so với mặt nước biển, cấp thấp dần từ bờ biển phía Nam lên phía Bắc của tỉnh Độ cao cốt đất tuyệt đối từ 0,4 - 1,5 m, độ dốc thay đổi khoảng 45 cm/km chiều dài Hướng của địa hình thay đổi theo 2 hướng chính: Hướng Đông - Tây (cao ở phía sông Hậu thấp dần vào trong nội đồng); Hướng Đông Nam - Tây Bắc (cao ven bờ biển thấp dần vào trong đất liền)

Nhìn chung, địa hình của Tỉnh có dạng lòng chảo, cao ở phía sông Hậu và biển Đông thấp dần vào trong, vùng thấp nhất là phía Tây và Tây Bắc của Tỉnh Tiểu địa hình có dạng gợn sóng không đồng đều, xen kẽ là những giồng cát có địa hình tương đối cao và những vùng thấp trũng nhiễm mặn, phèn Đó là những dấu vết trầm tích của các thời kỳ vận động biển tiến và lùi tạo nên các giồng cát ở các huyện Mỹ Xuyên, Long Phú, Trần Đề, Vĩnh Châu,

Cù Lao Dung và TP.Sóc Trăng

Vùng lòng chảo phía Tây và ven kênh Cái Côn có cao trình rất thấp (từ 0 đến 0,5 m), mùa mưa thường bị ngập úng ảnh hưởng không tốt đến sản xuất và đời sống của nhân dân trong vùng Dựa vào địa hình có thể chia tỉnh Sóc Trăng thành 3 vùng địa hình khác nhau như sau: Vùng địa hình cao: ven sông Hậu, phía Bắc huyện Kế Sách đến sông Mỹ Thanh, giới hạn

từ sông Hậu đến kênh Bà Sẩm cao trình từ 1,0 - 1,2 m, giồng cát cao đến 1,4 m Diện tích vùng này khoảng 60.000 ha; Vùng địa hình thấp: tập trung ở huyện Mỹ Tú, Châu Thành, Thạnh Trị, Ngã Năm và một phần phía Bắc huyện Mỹ Xuyên Diện tích vùng này khoảng 160.000 ha; Vùng địa hình trung bình: các phần còn lại trong tỉnh, diện tích khoảng 80.000

ha

Với địa hình bằng phẳng rất thuận lợi cho sản xuất nông, lâm, ngư nghiệp, tuy nhiên hạn chế chủ yếu là địa hình bị chia cắt khá mạnh bởi sông ngòi, kênh rạch chằng chịt, phần nào gây trở ngại cho xây dựng kết cấu hạ tầng và giao thông đi lại đường bộ, nhiều nơi bị nhiễm mặn mùa khô, một số nơi bị úng ngập mùa mưa Để đáp ứng yêu cầu sản xuất, cần phải đầu tư nhiều cho xây dựng, nâng cấp các công trình thuỷ lợi

Khí hậu

Khí hậu đại dương hai mùa chịu ảnh hưởng của biển, với nền nhiệt độ cao và lượng

mưa tương đối lớn:

- Nhiệt độ: trung bình năm 26 - 270C, biên độ nhiệt độ theo mùa trung bình 5 - 60C; nhiệt

độ trung bình tháng thấp nhất (tháng 1) trong năm có thể xuống 23 - 240C, nhiệt độ trung bình tháng cao nhất (tháng 4) có thể lên tới 31 - 320C;

- Nắng: tổng lượng bức xạ trung bình tương đối cao trong năm đạt 140 - 150 kcal/cm2; tổng giờ nắng bình quân trong năm 2.292,7 giờ (cao khoảng 6,82 giờ/ngày), cao nhất thường vào tháng 3 là 290,1 giờ, thấp nhất thường vào tháng 7 là 141,6 giờ;

Nhìn chung, nhiệt độ và ánh sáng trong năm khá ổn định, chênh lệch nhiệt độ giữa các mùa trong năm không nhiều Sự ổn định về nhiệt độ là điều kiện tự nhiên hết sức thuận lợi để thâm canh tăng vụ đa dạng hóa cây trồng, vật nuôi và các loại sản phẩm nông nghiệp

- Độ ẩm: trung bình hàng năm là 84,4% (cao nhất 88,84% mùa mưa, thấp nhất 78,4% mùa khô), cây trồng vật nuôi ít bị bệnh so với các tỉnh phía Bắc;

- Lượng mưa: trung bình 5 năm trở lại đây là 2.025,4 mm Hàng năm lượng mưa tập trung vào các tháng từ tháng 5 đến tháng 10; biến động lượng mưa trong các tháng trong 5 năm qua cũng rất lớn Mùa khô từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau, hầu như không mưa trong khi lượng bốc hơi cao đã dẫn đến tình trạng thiếu nước nghiêm trọng cho sản xuất và sinh hoạt nhất là vùng ven biển và vùng sâu, xa nguồn nước Đây cũng là một trong những nguyên nhân tạo nên sự thiếu ổn định của sản xuất nông nghiệp trong tỉnh;

- Gió: Sóc Trăng nằm trong vùng chịu ảnh hưởng của gió mùa, có hai hướng gió chính trong năm, Đông - Bắc và Tây - Nam;

Gió Đông - Bắc xuất hiện từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau, với hướng gió Đông xen kẽ hướng gió Đông Bắc Chính hướng gió Đông đã góp phần đưa nước mặn từ biển Đông xâm nhập sâu vào các sông rạch trong các tháng mùa khô cũng như tác động thẳng vào bờ biển làm vùng này bị xói lở mạnh

Gió Tây - Nam từ tháng 5 đến tháng 10, sự đến sớm hay muộn của gió Tây - Tây Nam góp phần quan trọng trong việc đến sớm hay muộn của những cơn mưa đầu mùa

- Các yếu tố khác: tỉnh Sóc Trăng nằm trong khu vực ít gặp bão

Đặc điểm khí hậu và thời tiết ở tỉnh có nhiều thuận lợi cho sản xuất và sinh hoạt, nhất là sản xuất nông nghiệp Điều kiện khí hậu có thể phát triển nền nông nghiệp đa dạng với nhiều loại cây trồng nhiệt đới, thêm vào đó với nền nhiệt, ẩm tương đối cao có tác động mạnh đến thúc đẩy tăng trưởng sinh khối, tăng năng suất của các cây trồng Hạn chế lớn nhất là về mùa khô lượng mưa ít, gây hạn và nhiễm mặn đối với sản xuất Những năm gần đây, lốc thường xảy

ra trên địa bàn của tỉnh Lốc tuy nhỏ nhưng cũng gây ảnh hưởng đến sản xuất và đời sống dân sinh

Chế độ thủy văn

Tỉnh Sóc Trăng có hệ thống sông rạch chằng chịt, bờ biển dài 72 km Các sông rạch trong tỉnh chịu tác động trực tiếp của chế độ bán nhật triều không đều biển Đông và nguồn nước từ thượng nguồn sông Mê-Kông đổ về Những tháng mùa khô nước từ thượng nguồn

sông Mê-Kông đổ về với lưu lượng trung bình 2.000 - 3.000 m3/giây và mùa mưa trung bình

từ 7.000 - 8.000 m3/giây, đã làm giảm độ mặn nước biển khi xâm nhập vào nội địa thời gian mùa khô

- Sông Hậu Giang: là con sông chính cung cấp nguồn nước ngọt và phù sa bồi đắp cho đồng ruộng Hệ thống sông Hậu chi phối sâu sắc đến chế độ thủy văn của tỉnh;

- Sông Mỹ Thanh: chảy qua huyện Vĩnh Châu, Trần Đề, Mỹ Xuyên chủ yếu tiêu nước vào mùa mưa đồng thời dẫn mặn xâm nhập đồng ruộng trong mùa khô;

- Hệ thống kênh đào: Quản Lộ Phụng Hiệp, Ba Rinh - Tà Liêm, Cái Côn, Rạch Vọp, Tiếp Nhật, làm nhiệm vụ dẫn ngọt, rửa phèn, mặn Hầu hết hệ thống kênh đào này được hình thành từ lâu đời và ngày càng được quan tâm phát triển với nhiều chương trình lớn như: Chương trình Ngọt hóa Bán đảo Cà Mau, Chương trình ven biển Đông, trong đó có các Dự án như Ba Rinh - Tà Liêm, Tiếp Nhật - Long Phú, Dự án Kế Sách, Thạnh Mỹ

Nhìn chung, hệ thống sông rạch của tỉnh được nối với nhau thành một mạng lưới chằng chịt, đổ ra biển Đông Do đó dao động mực nước trên hệ thống sông rạch chủ yếu do sự truyền triều từ biển Đông vào và một phần do lượng nước trên thượng nguồn của sông Hậu đổ

về vào mùa mưa

Nguồn nước trên hệ thống sông rạch tỉnh Sóc Trăng là kết quả của sự pha trộn giữa lượng mưa tại chỗ, nước thượng nguồn sông Hậu đổ về Vì vậy, nước sông trong năm có thời gian bị nhiễm mặn vào mùa khô, vào mùa mưa nước sông được ngọt hóa có thể sử dụng cho tưới nông nghiệp Phần sông rạch giáp biển thì bị nhiễm mặn quanh năm do đó không thể phục vụ tưới cho nông nghiệp, nhưng bù lại nguồn nước mặn, lợ ở đây lại tạo thuận lợi trong việc nuôi trồng thủy sản (Ủy ban nhân dân tỉnh Sóc Trăng, 2013)

 Đặc tính đất đai

Theo Bộ môn Khoa học đất và quản lý đất đai (2008), tỉnh Sóc Trăng gồm 11 loại đất được đặt tên theo hệ thống phân loại WRB (1998) như sau:

1 Đất phù sa đang phát triển có tầng mặt động mùn nhiễm mặn nhẹ vào mùa khô

(Hyposali Umbric Gleysols: GLumhs)

2, Đất phù sa đang phát triển mạnh có tầng đốm đỏ nhiễm mặn nhẹ vào mùa khô (Hyposali Plinthic Gleysols: GLplihs)

3 Đất phù sa đang phát triển nhiễm mặn (Sali Eutric Gleysols: GLeus)

4 Đất phù sa đang phát triển nhiễm mặn nhẹ vào mùa khô (Hyposali Eutric Gleysols: GLeuhs)

5 Đất phù sa đang phát triển có tầng mặt động mùn nhiễm mặn nhẹ vào mùa khô (Hyposali Mollic Gleysols: Glmohs)

6 Đất phù sa ngọt (Eutric Gleysols: Gleu)

7 Đất giồng cát (Dystric Arenosols: ARd)

8 Đất phù sa bồi ngập mặn (Salic Eutric Fluvisols: FLeus)

9 Đất phù sa bồi ngập mặn glây (Salic Eutri Gleyic Fluvisols: Flegs)

10 Đất phèn hoạt động nông nhiễm mặn nhẹ (Hyposali Epi Orthi Thionic Fluvisols: FLt (oep-j)uhs

11 Đất bãi bồi

1.5.4 Đặc điểm kinh tế, xã hội và môi trường ở vùng ven biển tỉnh Sóc Trăng

Tỉnh Sóc Trăng có 3 vùng sản xuất khá tốt là vùng mặn, vùng ngọt hóa và vùng ngọt Hàng năm vào mùa khô, nước thượng nguồn giảm mạnh dẫn đến mặn từ biển lấn sâu vào nội đồng theo các nhánh kênh rạch, sông Hậu làm gia tăng xâm nhập mặn Mặn vào sâu trong nội đồng hơn, thời gian mặn kéo dài và có những diễn biến phức tạp, tạo ra những khó khăn mà ngành nông nghiệp của tỉnh phải đối mặt Khi đó, diện tích sản xuất của vùng ngọt và ngọt hóa sẽ bị thu hẹp một cách đáng kể, diện tích vùng mặn sẽ tăng lên, đặc biệt tại các huyện ven biển như Vĩnh Châu, Trần Đề Đây là một trong những yếu tố làm thay đổi điều kiện thổ nhưỡng quan trọng trong sản xuất (Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Sóc Trăng, 2011)

Về măt kinh tế, lợi nhuận của mô hình tôm bán thâm canh/thâm canh hai vụ vụ cao nhất là 160,31 triệu/ha/năm, mô hình tôm bán thâm canh/thâm canh một vụ là 95,86 triệu, tôm

- lúa là 21,8 triệu, hai vụ lúa là 16,9 triệu và ba vụ lúa là 23,1 triệu Tuy nhiên, vụ nuôi tôm thứ hai có nhiều rủi ro Mô hình tôm- lúa đòi hỏi ít vốn đầu tư và mang tính bền vững hơn (Nguyễn Hữu Kiệt, 2008)

Huyện Long Phú: có diện tích tự nhiên 263,8 km2 Với tiềm năng đất đai vô cùng lợi thế của một huyện nằm ven và cuối sông Hậu thông ra biển, có quốc lộ Nam sông Hậu chạy qua với chiều dài trên 25 km, có cảng Đại Ngãi…; cùng với sự phát triển nông nghiệp, nuôi trồng thủy sản theo hướng sản xuất đa canh, thâm canh Diện tích gieo trồng lúa năm 2011 là 43.211 ha, chiếm 12,38% diện tích lúa toàn tỉnh, sản lượng lúa 276,1 ngàn tấn, chiếm 15,96% sản lượng lúa của tỉnh Đây là vùng có năng suất cao nhất tỉnh, với năng suất bình quân 63,88 tạ/ha (năng suất bình quân chung của toàn tỉnh là 59,91 tạ/ha) (Chi cục Thống kê Huyện Long Phú, 2011)

Huyện Mỹ Xuyên: có diện tích tự nhiên 371,8 km2 Diện tích đất mặn với tầng đất mặt khá màu mỡ, nhóm đất cát với độ phì nhiêu khá cao, huyện Mỹ Xuyên ngoài trồng lúa, có lợi thế đặc biệt để phát triển nuôi trồng thủy sản và sản xuất hoa màu Diện tích nuôi trồng thủy sản của huyện năm 2010 là 17.950 ha, chiếm 25,10% diện tích thủy sản toàn tỉnh, là huyện có diện tích nuôi trồng thủy sản lớn thứ 2 (sau Thị xã Vĩnh Châu) của tỉnh Sản lượng nuôi trồng thủy sản là 11.822 tấn, chiếm 9,49% sản lượng thủy sản nuôi trồng của tỉnh; đặc biệt, huyện

Mỹ Xuyên phát triển nuôi trồng thủy sản nước lợ kết hợp trồng lúa đặc sản chất lượng cao, vừa có giá trị kinh tế, vừa đảm bảo phát triển theo hướng bền vững

Thị xã Vĩnh Châu: có diện tích tự nhiên 473,1 km2 Thế mạnh là thị xã ven biển có tiềm năng phát triển phong điện kết hợp du lịch, nuôi trồng thủy sản, trồng màu đặc sản nhất

là củ hành tím Diện tích nuôi trồng thủy sản của huyện năm 2010 là 28.196 ha, chiếm 39,43% diện tích thủy sản toàn tỉnh, là huyện có diện tích nuôi trồng thủy sản lớn thứ nhất

tỉnh Sản lượng nuôi trồng thủy sản là 43.454 tấn, chiếm 34,89% sản lượng thủy sản nuôi trồng của tỉnh

Huyện Trần Đề: là huyện mới thành lập, được tách ra từ huyện Long Phú và Mỹ

Xuyên đi vào hoạt động tháng 4 năm 2010, có diện tích tự nhiên 377,9 km2 Trần Đề là huyện ven biển, phần lớn diện tích đất bị nhiễm mặn, với độ cao 1,0 – 1,2 m so với mặt nước biển, cao hơn trung bình của tỉnh Sóc Trăng Có hệ thống rừng phòng hộ ven biển và một phần nhỏ đất giồng cát thích hợp với việc trồng màu Huyện thường xuyên đối mặt với tình trang khô hạn, thiếu nước ngọt vào mùa khô Với vị trí quan trọng, Trần Đề có biển, có cảng, có sông và

có cả rừng, do đó được đánh giá là địa bàn giàu tiềm năng trong phát triển kinh tế - xã hội (Sóc Trăng sau 20 năm tái lập một chặng đường phát triển, 2012)

Người dân ven biển ĐBSCL sống theo các nghề chính là nông nghiệp, thủy sản và thu nhập của từng nghề cũng khác nhau Những người sống bằng nông nghiệp, nguồn thu nhập chính là sản phẩm trồng trọt, trong đó lúa là sản phẩm chính Các khu vực thuộc tỉnh Sóc Trăng có bình quân ruộng đất từ 0,2 - 0,4 ha/người và bình quân lương thực đầu người từ 600

- 1.100 kg/năm Như vậy, so với ĐBSCL, nhìn chung vùng ven biển có thu nhập thấp hơn các vùng khác Những người nuôi trồng thủy sản nhìn chung có thu nhập cao hơn người dân sản xuất nông nghiệp Nhưng có sự chênh lệch khá trong số những người làm nghề nuôi trồng thủy sản Khoảng 50% số hộ từ khá đến giàu do có đủ vốn đầu tư vào sản xuất, làm tốt kỹ thuật nuôi trồng nên tạo được thu nhập ổn định Khoảng 50% số hộ có thu nhập trung bình đến thấp do thiếu vốn đầu tư nên không có điều kiện đảm bảo kỹ thuật nuôi trồng (Lê Sâm, 2003)