Ứng dụng lý thuyết trò chơi giải quyết xung đột về môi trường

I- TÊN ĐỀ TÀI: “ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT TRÒ CHƠI GIẢI QUYẾT XUNG ĐỘT VỀ MÔI TRƯỜNG” II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: • Nghiên cứu mô hình toán trong dự báo và phân tích cung cấp nước, nhu cầu nư

Đại Học Quốc Gia Thành Phố Hồ Chí Minh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS.TSKH Bùi Tá Long

Cán bộ chấm nhận xét 1 : TS Nguyễn Bá Thi

Cán bộ chấm nhận xét 2 : PGS.TS Mai Đức Thành

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày 20 tháng 06 năm 2014

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Tp HCM, ngày 20 tháng 06 năm 2014

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: Cù Xuân Thành Phái: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 31-10-1986 Nơi sinh: Hà Tĩnh Chuyên ngành: Toán ứng dụng MSHV: 10240514

I- TÊN ĐỀ TÀI:

“ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT TRÒ CHƠI GIẢI QUYẾT XUNG ĐỘT VỀ

MÔI TRƯỜNG”

II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

• Nghiên cứu mô hình toán trong dự báo và phân tích cung cấp nước, nhu cầu nước và tình trạng thiếu nước trong các lĩnh vực khác nhau trong thành phố, quốc gia khan hiếm nước

• Xây dựng giải thuật để giải quyết xung đột về tài nguyên nước

III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 10/02/2014

IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 20/06/2014

V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TSKH Bùi Tá Long

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc của mình tới Thầy hướng dẫn- PGS.TSKH Bùi Tá Long – người đã không quản ngại khó khăn luôn khuyến khích, quan tâm giúp đỡ, truyền đạt kiến thức và tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp tôi hoàn thành Luận văn tốt nghiệp này Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến tập thể Thầy, Cô giáo phòng Đào tạo sau Đại học, Bộ môn Toán Ứng Dụng- Khoa Khoa học Ứng Dụng-Trường Đại học Bách Khoa- Đại học Quốc Gia Tp HCM đã tận tình dạy dỗ, truyền đạt kiến thức cho tôi trong suốt khóa học

Cuối cùng tôi xin cảm ơn đến toàn thể bạn bè, người thân, gia đình

đã luôn bên cạnh tôi, cổ vũ tinh thần lớn lao và đã ủng hộ tôi trong suốt thời gian học tập vừa qua

Cù Xuân Thành

TÓM TẮT

Suy thoái chất lượng nước và tình trạng khan hiếm nước là hai vấn đề nghiêm trọng Việc quản lý tài nguyên nước để giải quyết hai vấn đề trên thường liên quan đến các cuộc xung đột Trong trường hợp không có thị trường và tài sản độc quyền, những cuộc xung đột là không thể tránh khỏi Lý thuyết trò chơi là một cách tiếp cận thích hợp để mô phỏng và giải quyết các cuộc xung đột trên

Mục tiêu chung của nghiên cứu này là sử dụng “lý thuyết trò chơi” để phát triển một phương pháp thực tế và cơ chế để thúc đẩy tối đa hóa phúc lợi công cộng

từ góc độ kinh tế xã hội và môi trường Các mô hình được đánh giá bởi dự báo và phân tích kịch bản Sử dụng lý thuyết trò chơi hợp tác, giá trị Shapley, Hạt nhân để phân bổ tối ưu nguồn nước và tính toán chức năng lợi ích và chi phí của các người chơi Cách tiếp cận các mô phỏng lý thuyết trò chơi và kết quả mang lại lợi ích không chỉ các nhóm đối tượng khác nhau của các bên liên quan nước, mà còn đối với các nhà sản xuất quyết định để thực hiện chính sách như số lượng, bảo vệ chất lượng, giá nước cũng như bồi thường thiệt hại sinh thái

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 6

TÓM TẮT 7

MỞ ĐẦU 12

1 Tính cấp thiết của Luận văn 12

2 Mục tiêu của Luận văn 13

3 Nội dung công việc thực hiện 13

4 Phạm vi, giới hạn của đề tài 14

CHƯƠNG 1 15

TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CÁC NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN 15

1.1 Xung đột trong quản lý tài nguyên nước 15

1.1.1 Trong nước 15

1.1.2 Thế giới 16

1.2 Mục tiêu và nguyên tắc quản lý tài nguyên nước 20

1.3 Giải quyết xung đột nguồn nước 21

1.4 Ứng dụng lý thuyết trò chơi trong quản lý tài nguyên nước 26

CHƯƠNG 2 29

CƠ SỞ LÝ THUYẾT 29

2.1 Lý thuyết trò chơi và quản lý tài nguyên nước 29

2.1.1 Mô hình lý thuyết trò chơi 32

2.1.2 Cách tiếp cận lý thuyết trò chơi quản lý tài nguyên nước 38

2.1.3 Sử dụng lý thuyết trò chơi để giải quyết cuộc xung đột nước 41

2.1.4 Thông tin sử dụng cho mô hình lý thuyết trò chơi 44

2.2 Giá trị lõi – Giá trị Shapley – Hạt nhân 46

2.2.1 Giá trị lõi 47

2.2.2 Giá trị Shapley 51

2.2.3 Hạt nhân 52

CHƯƠNG 3 55

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 55

3.1.Trường hợp nghiên cứu cụ thể 55

3.1.1 Vùng nghiên cứu 55

3.1.2 Áp dụng phương pháp nghiên cứu 57

3.1.3 Đánh giá giải pháp lý thuyết trò chơi 72

3.2 Giải quyết bài toán giả định về xung đột nước 74

3.2.1 Đối tượng nghiên cứu giả định 75

3.2.2 Giải quyết bài toán giả định 76

3.3 Thảo luận 81

3.4 Kết luận 81

TÀI LIỆU THAM KHẢO 83

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Mục tiêu và nguyên tắc của quản lý tài nguyên nước 20

Bảng 1.2: Công cụ chính sách để giải quyết các cuộc xung đột nước 24

Bảng 2.1 : Các dữ liệu được sử dụng cho mô hình lý thuyết trò chơi 45

Bảng 3.1 Danh sách các liên minh 59

Bảng 3.2 Giá tị kinh tế hàng năm của hợp tác sông Nile 65

Bảng 3.3 Các thành phần đặc trưng của trò chơi hợp tác sông Nile 66

Bảng 3.4 Giá trị lõi của Trò chơi phân bổ sông Nile 68

Bảng 3.5 Giới hạn cho giá trị lõi của trò chơi phân bổ sông Nile 68

Bảng 3.6 Hạt nhân của Trò chơi phân bổ sông Nile 71

Bảng 3.7 Giá trị Shapley 72

Bảng 3.8 Điểm trung tâm giả thiết của trò chơi phân bổ sông Nile 73

Bảng 3.9 Đánh giá giải pháp lý thuyết trò chơi 74

Bảng 3.10 Danh sách các liên minh 75

Bảng 3.11 Lượng nước tiêu tốn cho thuỷ lợi và thuỷ điện được tạo ra 75

Bảng 3.12 Lợi ích kinh tế của các quốc gia 76

Bảng 3.13 Giá trị đặc trưng của trò chơi hợp tác 76

Bảng 3.14 Trọng số xác suất cho giá trị Shapley cho các liên minh khả thi 77

Bảng 3.15 Giá trị Shapley 77

Bảng 3.16 Hạt nhân của trò chơi phân bổ 79

Bảng 3.17 Đánh giá giải pháp lý thuyết trò chơi 80

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Công cụ để giải quyết các cuộc xung đột nước 23

Hình 2.1: Một cây trò chơi được sử dụng để minh họa cho trò chơi 36

Hình 2.2: Trò chơi bất đối xứng 36

Hình 2.3: Trò chơi tổng bằng không 37

Hình 2.4 : Trò chơi song đề tù nhân 37

Hình 2.5: Trò chơi thông tin không hoản hảo 38

Hình 2.6 : Thiên nhiên và xã hội loài người từ góc độ lý thuyết trò chơi 40

Hình 2.7: Một chiến lược quản lý tài nguyên nước sử dụng lý thuyết trò chơi 44

Hình 2.8 Lưu vực sông Nile 56

Hình 3.1 Lưu vực sông Nile được biểu diễn trong mô hình tối ưu kinh tế 64

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của Luận văn

Nước là nguồn tài nguyên vô cùng quí giá mà tự nhiên ban tặng cho loài người, không có nước thì không có sự sống và cũng không có một hoạt động kinh tế nào có thể tồn tại được Nước là khởi đầu và là nhu cầu thiết yếu của sự sống, là yếu

tố quan trọng của sản xuất, là nhân tố chính để bảo đảm môi trường, thậm chí nó còn được đánh giá quan trọng hơn dầu mỏ trong vòng 50 năm tới theo khẳng định trong một nghiên cứu của Liên Hiệp Quốc Dù rằng nguồn tài nguyên này có khả năng tự tái tạo, song khả năng đó ngày càng bị chi phối mạnh mẽ bởi thời tiết và bị ảnh hưởng bởi thực tiễn khai thác quá mức cộng với tình trạng ô nhiễm môi trường nước ngày càng tăng Vì thế nhiều nơi trên thế giới và nhiều lưu vực sông đang đứng trước nguy cơ thiếu hụt nước cho sinh hoạt và sản xuất, nhất là mùa khô và những năm hạn hán Từ đó nảy sinh ra những mâu thuẫn, tranh chấp trong việc khai thác sử dụng và bảo vệ nguồn nước

Khan hiếm nước là một thực tế mà hầu như quốc gia nào cũng phải đối mặt và ngày được quan tâm nhiều hơn Cùng với sự đầu tư yếu kém về cơ sở hạ tầng ngành nước đã khiến cho nhiều quốc gia trên thế giới phải đối mặt với sự cạnh tranh ngày càng gay gắt trong khai thác sử dụng tài nguyên nước giữa các ngành dùng nước với nhau, giữa khu vực thượng nguồn và hạ lưu, giữa khu vực đô thị và nông thôn,

và giữa nhu cầu phát triển kinh tế xã hội với yêu cầu bảo vệ môi trường và các hệ sinh thái Đứng trước tình trạng khan hiếm nước và phân bố không đều, nhiều quốc gia và nhiều tổ chức đã tiến hành nhiều nghiên cứu khác nhau nhằm tìm kiếm các giải pháp tốt nhất cho việc phân phối, khai thác sử dụng khác nhau

Vấn đề phân bổ tài nguyên nước đã trở thành tâm điểm của nhiều cuộc xung đột cả trong nước và quốc tế Sự cạnh tranh nước là điều hiển nhiên không chỉ về số lượng mà còn chất lượng Thủy lợi, công nghiệp, nông nghiệp, hộ gia đình và môi trường đô thị đang cạnh tranh công bằng cho phần nước của họ Nhiều cuộc đàm

phán bắt đầu với các bên dựa trên cơ sở quyền lợi về vị trí, nghĩa là một ven sông có quyền phân bổ nhất định dựa trên chế độ quyền nước trong nội bộ đất nước theo thỏa thuận lưu vực sông Các mục tiêu cơ bản trong phân bổ nguồn nước được chú

ý đến là quyền sử dụng nước công bằng, hiệu quả

Để đạt được mục tiêu phân bổ nước đòi hỏi phải có sự hợp tác tất cả các bên liên quan trong việc chia sẻ tài nguyên nước Tuy nhiên, có rất ít nghiên cứu phối hợp xem xét cả hai khía cạnh hiệu quả và công bằng trong phân bổ nguồn nước

Lý thuyết trò chơi là một phương pháp thích hợp để mô hình hóa và giải quyết xung đột nước Lý thuyết này đã được đưa ra bởi John von Neumann, một nhà toán học lớn người Mỹ Khái niệm mô hình lý thuyết trò chơi đã được áp dụng rộng rãi trong kinh tế, thương mại, xã hội, chính trị, sinh học, và các ngành khoa học khác

để giúp mọi người phân tích các hiện tượng xã hội và đã thực hiện thành công tại nước ngoài, để từ đó có thể áp dụng vào thực tiễn Việt Nam

Mục đích của Luận văn là tìm hiểu ứng dụng lý thuyết toán, đặc biệt là lý thuyết trò chơi nhằm tìm kiếm giải pháp hợp lý cho hợp tác phân bổ tài nguyên nước một cách công bằng và hiệu quả, trong đó tích hợp phân bổ quyền về nước, phân phối thu nhập công bằng trong bối cảnh thực tế khó khăn do khan hiếm nước,

do việc xây dựng đập, biến đổi khí hậu

2 Mục tiêu của Luận văn

Ứng dụng lý thuyết trò chơi và mô hình toán để giải quyết vấn đề khan hiếm nước Từ đó dự báo và định hướng những hợp tác liên minh đúng đắn cho các thành phố, quốc gia

3 Nội dung công việc thực hiện

Để đạt được mục tiêu trên, trong Luận văn này sẽ thực hiện các nội dung sau:

 Phân tích những vấn đề tồn tại ở các thành phố, quốc gia khan hiếm nước

Xây dựng mô hình trò chơi để phân tích phân phối nước trong lộ trình chuyển nước qua nhiều tỉnh thành, quốc gia

Xây dựng giải pháp trò chơi, các kịch bản và chạy kịch bản

4 Phạm vi, giới hạn của đề tài

Trong quá trình thực hiện do thời gian và đặc biệt là số liệu còn hạn chế nên:

Đề tài chỉ xem xét giải quyết xung đột tài nguyên nước về mặt số lượng

Phương án đề tài đưa ra được kiểm định dựa trên bài toán giả định

Chưa áp dụng được thực tiễn cho Việt Nam

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CÁC NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN 1.1 Xung đột trong quản lý tài nguyên nước

Nguồn nước là rất cần thiết cho sự tồn tại của con người và tất cả các sinh vật

Từ quan điểm kinh tế, tài nguyên nước là nguồn cung cấp một loạt các dịch vụ cho các hoạt động sinh hoạt, tiêu dùng như công, nông, ngư nghiệp Tuy nhiên, suy thoái chất lượng nước và tình trạng khan hiếm nước là hai vấn đề nghiêm trọng ở các nước đang phát triển Do về thời gian và không gian, lượng mưa phân phối không đồng đều, tốc độ tiêu thụ nước tăng tỉ lệ cấp số nhân với tốc độ gia tăng dân

số Suy thoái chất lượng nước, nhiệt độ tăng, cũng như cung cấp nước ngày càng giảm ở các nước đang khan hiếm Người ta ước tính rằng vào năm 2025, trên thế giới khoảng 7,9 tỷ người sẽ rất khó hoặc thậm chí không thể đáp ứng nhu cầu nước sạch cơ bản để uống, nấu ăn và các dịch vụ khác Quản lý tài nguyên nước liên quan đến những vấn đề này thường xảy ra mâu thuẫn hoặc xung đột Quyền sở hữu nước rất khó để xác định, do đó thị trường nước là không dễ dàng để thiết lập ở hầu hết các quốc gia Trong trường hợp không có các quyền và thị trường tài sản độc quyền, xung đột giữa nhiều bên liên quan do cạnh tranh cho sử dụng nước là không thể tránh khỏi Để giải quyết vấn đề này các mô hình quản lý tài nguyên nước cần được đưa ra để giải quyết các cuộc xung đột liên quan Lý thuyết trò chơi là một phương pháp hữu ích để mô hình các cuộc xung đột như vậy Lý thuyết này nghiên cứu các chiến lược và cân bằng của nhiều người chơi trong các tình huống tương tác và phụ thuộc lẫn nhau

một số thành phố lớn như: Hà Nội, TP Hồ Chí Minh đã bị ô nhiễm các chất hữu cơ

và gây sụt lún Ở các vùng ven biển nước giếng khoan đã hóa mặn và tình trạng nhiễm mặn ngày càng gia tăng

Trước tình hình này, Bộ tài nguyên môi trường cho biết, trong thời gian tới,

Bộ sẽ thực hiện xây dựng và tổ chức quy hoạch bảo vệ nguồn nước, quy hoạch hệ sinh thái thủy sinh, đảm bảo chất lượng nguồn nước, cung cấp các nguồn nước khác nhau cho nhu cầu sinh họat Đồng thời, thực hiện đồng bộ các biện pháp phòng chống ô nhiễm mạch nước ngầm, đảm bảo dòng chảy tối thiểu cho các dòng sông, ngăn chặn và xử lý tình trạng khai thác mạch nước ngầm quá mức

1.1.2 Thế giới

Trên thế giới, xung đột về tài nguyên nước thường diễn ra ở một số lưu vực sông lớn như lưu vực sông Jordan (chảy qua Li-băng, Syria, Israel, Jordan), lưu vực sông Tigris và Euphrates (bắt nguồn từ Thổ Nhĩ Kỳ), lưu vực sông Nile (cung cấp nước cho người dân hai quốc gia là Ai Cập và Sudan), lưu vực sông Indus, lưu vực sông Hằng (Ganges) và lưu vực sông Mê Công Trong đó, mâu thuẫn nghiêm trọng giữa Trung Quốc và Uỷ hội sông Mê Công quốc tế về vấn đề nguồn nước sông Mê Công khiến cộng đồng quốc tế không khỏi lo ngại Là nước thượng nguồn, Trung Quốc đã tìm nhiều cách để sở hữu nguồn nước Mê Công như: không tham gia Ủy hội Sông Mê Công (bao gồm các nước: Myanmar, Lào, Thái Lan, Caphuchia và Việt Nam), xây dựng nhiều đập nước để làm thủy điện, tích nước, chuyển dòng… Theo các chuyên gia về tài nguyên nước, xung đột trong quá trình quản lý tài nguyên nước thường xảy ra giữa nhiều nhóm đối tượng, nhiều bên liên quan trên các địa bàn khác nhau do lưu vực các con sông thường trải rộng trên nhiều quốc gia dẫn đến các mẫu thuẫn, xung đột, chiến tranh về sử dụng nguồn nước Thiếu nước chỉ là một trong những nguyên nhân gây ra sự xung đột về nguồn nước Hiện tại, trên thế giới có tới hơn 1,2 tỷ người không được tiếp cận nguồn nước sạch; khoảng 2,4 tỷ người sống tại các quốc gia khủng hoảng thiếu nguồn nước Trong tương lai

gần, vùng Đông Bắc Trung Quốc sẽ trở thành vùng khô hạn nhất thế giới, điều này gây ảnh hưởng tới 24 triệu người, thậm chí, năm 2017, Thủ đô Sana của Yemen sẽ không có nước

Ở nhiều vùng khô hạn, người ta phải khai thác quá mức nguồn nước dự trữ có khả năng tự tái tạo - đó là nước ngầm để phục vụ nhu cầu phát triển kinh tế, xã hội

Vì vậy, mực nước ngầm đã hạ xuống rất nhanh tiêu biểu như tại các thung vũng sông Nile hay sông Tigris và Euphrates Mực nước ngầm xuống thấp lại tác động ngược quá trình phát triển kinh tế, xã hội theo hướng tiêu cực

Ngoài thiếu nước, các nhà phân tích còn chỉ ra nguyên nhân dẫn đến chiến tranh và xung đột nguồn nước còn do nước là tài nguyên thiên nhiên có giá trị kinh

tế lớn, quản lý nhà nước về tài nguyên nước còn nhiều hạn chế, biểu giá nước, thiếu

sự tham gia của các đối tượng sử dụng nước, điều kiện kinh tế và nhận thức cộng đồng thấp

Sau hơn 15 năm tranh luận, cuối tháng 7/2010, Đại Hội đồng Liên Hợp Quốc

đã bỏ phiếu công nhận tiếp cận nước sạch và điều kiện sống hợp vệ sinh là một trong những quyền căn bản của con người Đó là một sự công nhận khá muộn màng

vì nhiều quyền cơ bản của con người được công nhận trước đó không thể tồn tại nếu không có nước Cho đến nay, việc thiếu tiếp cận nước sạch là vi phạm nhân quyền lớn nhất trên thế giới Vì thế, giải pháp đầu tiên được đưa ra là phổ biến rộng rãi hơn nữa khái niệm “Quyền con người về sử dụng nước”

Cùng với đó, cần xây dựng những thỏa thuận về sử dụng tài nguyên nước có hiệu lực pháp lý rộng và cao hơn nữa Thực tế cho thấy, các cuộc xung đột, các cuộc chiến tranh giành quyền kiểm soát nguồn nước cũng không đem lại lợi ích tuyệt đối cho một quốc gia nào mà chỉ gây ra nhiều bất ổn, làm căng thẳng thêm tình hình thế giới Daniel Zimmer – giám đốc của Hội đồng Nước thế giới nhận định “Nước suy cho cùng là một nguyên nhân của hợp tác hơn là chiến tranh Vì nó quá thiết yếu đến nỗi không thể chiếm đoạt nó bằng chiến tranh” Vì thế, thay vì

việc tranh chấp, đã xuất hiện ngày càng nhiều các thỏa thuận sử dụng nguồn tài nguyên thiên nhiên quý giá này Hiện tại, các quốc gia ở châu Âu đang có tới 175 Hiệp ước trong việc sử dụng nguồn tài nguyên chung ở 4 con sông Châu Phi có 12 con sông sử dụng chung và 34 Hiệp ước Ở châu Á, 45 quốc gia đã có 31 Hiệp ước được ký kết về sử dụng tài nguyên ở 5 con sông lớn Có tới 48 Ủy ban hợp tác về sử dụng chung nguồn nước các con sông ở châu Âu, 23 ở Mỹ, 10 ở châu Phi và 9 ở châu Á

Chúng ta cần phải đẩy mạnh hơn nữa việc mở rộng không gian ký kết các hiệp ước, tổ chức quản lý chung liên quan đến khai thác, sử dụng nguồn tài nguyên nước

ở những khu vực còn tranh chấp, đồng thời tăng cường hiệu quả, tính pháp lý của những hiệp ước, tổ chức này và tất cả các quốc gia trên các lưu vực sông (đặc biệt lưu vực sông xuyên quốc gia) đều phải tuân thủ quyết định này

Để giải quyết các cuộc xung đột gây ra bởi sự khan hiếm nước, [Donevska 2009] đề xuất một số giải pháp kỹ thuật về giảm thất thoát nước, tăng hiệu quả sử dụng nước và tái chế nước thải, bảo tồn nước, vận chuyển nước, và một số biện pháp khác Tuy nhiên, phương pháp sử dụng nước một cách hiệu quả và tái sử dụng nước thải không đủ để các khu vực này phải đối mặt với tình trạng thiếu nước trầm trọng Ngoài ra, sự chuyển hướng nước trong lưu vực liên quan đến một vấn đề đa ngành [Yevjevich, 2001], và các cuộc xung đột liên quan đến kinh tế xã hội, các vấn

đề môi trường sinh thái, hành chính và lập pháp [Shao et al 2003; Yang 2005] Bên cạnh đó, các công cụ kinh tế đã được sử dụng rộng rãi để giải quyết xung đột sử dụng nước [Dinar, 1997; Wang et al, 2003] Phương pháp tiếp cận thị trường nước là một trong những trích dẫn thường xuyên trong các tài liệu [Burness, 1979; Howe, 1986; Colby, 1990; Green, 2001; Bhaduri et al, 2003]

Phương pháp thị trường nước có thể cung cấp cho người sử dụng nước với ưu đãi để phân bổ nước và giảm các chất ô nhiễm thải một cách hiệu quả, và thị trường thực sự tồn tại ở một số nước, chẳng hạn như Australia [Pegram et al, 1992],

California [Howe, 1995], Chile [Hearne, 1995], Ấn Độ [Saleth, 1996], và Tây Ban Nha [Reidinger, 1994], …

Tuy nhiên, các ứng dụng của lý thuyết trò chơi để giải quyết xung đột trong quản lý tài nguyên nước là tương đối ít Ban đầu lý thuyết này được áp dụng vào việc phân phối chi phí trong các dự án tài nguyên nước và xử lý nước thải [Giglio, 1972; Dinar, 1997, Bogardi et al 1976] đã chỉ ra rằng có thể áp dụng lý thuyết trò chơi vào bốn lĩnh vực chính của quản lý nước và cung cấp các giải pháp cho các vấn đề điển hình trong phân tích quyết định [Lewandowski 1979] đã sử dụng một phương pháp tiếp cận lý thuyết trò chơi để mô hình hóa hành vi của người sử dụng nước trong vấn đề kiểm soát chất lượng, và số lượng nước

[Coppola, 2004] đã thiết kế một trò chơi hai người mâu thuẫn để phân tích tối

ưu sự thỏa hiệp giữa cấp nước và nguy cơ ô nhiễm cho Wellfield - thành phố trực thuộc Trung ương của Mỹ [Salazar et al 2007] đã đề xuất các phương pháp giải quyết xung đột một trò chơi xung đột hai người trong quản lý nước ngầm Bên cạnh

đó, lý thuyết trò chơi thường xuyên được sử dụng để phân tích phân bổ công bằng tải lượng chất thải sang môi trường tiếp nhận khác [Kilgour et al, 1988; Okada,1992; Wei, 2007b] Lý thuyết này cũng được áp dụng để giải quyết các vấn

đề về phân phối nước và ô nhiễm sông xuyên biên giới, bao gồm cả sông liên quốc gia [Frisvold, 2000; Van der Veeren, 2003] và trong nội bộ quốc gia [Yang, 2004] Trong lý thuyết trò chơi, sự phát triển của các khái niệm và phương pháp xung đột đã nhận được sự quan tâm ngày càng tăng kể từ khi công trình tiên phong của [Nash, 1950] được công bố Dựa trên các phương pháp tiếp cận các tiên đề của Nash, nhiều sửa đổi và các giải pháp mở rộng đã được giới thiệu Trong số những giải pháp này, bốn phương pháp cụ thể đã thường xuyên được sử dụng trong quản

lý nước trong các tài liệu [Coppola, 2004; Salazar et al, 2007] bao gồm: (1) giải pháp không đối xứng Nash của [Harsanyi, 1972], (2) giải pháp không đối xứng của [Kalai, 1975], (3) giải pháp khu vực đơn điệu không đối xứng của [Anbarc, 1993],

và (4) giải pháp tổn thất tương đương không đối xứng của [Chun, 1988]

1.2 Mục tiêu và nguyên tắc quản lý tài nguyên nước

Công việc chính của quản lý tài nguyên nước là thúc đẩy việc phối hợp sử dụng nước để tối đa hóa phúc lợi kinh tế, xã hội và môi trường bằng cách đối xử công bằng, hiệu quả và bền vững Nhiệm vụ này liên quan đến các mục tiêu và nguyên tắc của quản lý tài nguyên nước, được tóm tắt trong bảng 1.1

Bảng 1.1: Mục tiêu và nguyên tắc của quản lý tài nguyên nước (Luật tài nguyên

nước năm 2012)

Xã hội Vốn chủ sở hữu

Cung cấp cho các nhu cầu xã hội thiết yếu:

• Nước đầy đủ cho người sử dụng khác nhau

• Nước uống an toàn và giá cả phải chăng

• Nước vệ sinh

• An toàn lương thực

Kinh tế Hiệu quả

Tối đa hóa giá trị kinh tế của việc sử dụng nước:

• Phát triển nông nghiệp và công nghiệp

Duy trì chất lượng môi trường:

• Duy trì chất lượng nước

quốc gia và quốc tế Người tiêu dùng nước bao gồm cả con người và các yếu tố tự nhiên Vốn chủ sở hữu không phải dễ dàng đạt được, bởi vì những người khác nhau

có thể có những nhận thức khác nhau Khái niệm về vốn chủ sở hữu phải dựa trên nền văn hóa và các chỉ tiêu khác nhau Vốn chủ sở hữu thường bao gồm dòng nước lưu vực liên quan, trong đó các nhà hoạch định chính sách nước thường chuyển nước từ vùng giàu nước đến các khu vực khan hiếm Trong tình huống này, các khu vực nguồn chuyển nước phải được bồi thường cho họ vì tác động xấu do giảm nước

Chất lượng và số lượng nước là hai điểm quan trọng trong quản lý tài nguyên nước [Jonch Clause, 2004] nhấn mạnh rằng chất lượng khan hiếm nước, mất nước

đã hoặc sẽ trở thành yếu tố quan trọng hạn chế sự phát triển kinh tế quốc gia, mở rộng sản xuất thực phẩm và cung cấp các dịch vụ y tế và vệ sinh cho người dân trong một số các quốc gia Nước là một trong nhiều nguồn tài nguyên cần thiết cho cuộc sống không chỉ con người mà cả thiên nhiên môi trường và xã hội [Hohls, 1996] nói rằng việc sử dụng và lợi ích mà mọi người có được từ nguồn tài nguyên nước là phụ thuộc về sức khỏe hệ sinh thái Tuy nhiên, các hệ sinh thái có thể được tăng cường hay suy yếu đều do sự can thiệp của con người Nếu không có nước về

số lượng và chất lượng đầy đủ, nó không thể cho một hệ sinh thái lành mạnh Theo Chương trình Môi Trường Liên hợp quốc UNEP [2000], khoảng 20% dân số thế giới thiếu tiếp cận đến nguồn nước uống an toàn và khoảng 50% thiếu vệ sinh Vào năm 2025, nếu tiếp tục sử dụng nước như hiện nay gần như có đến hai phần ba dân

số thế giới có thể bị thiếu nước trầm trọng [Tổ Chức Khí Tượng Thế Giới WMO, 1997] gây ảnh hưởng đến sức khỏe hệ sinh thái [Wetzel, 1983] lập luận rằng con người sử dụng và lạm dụng nước ngọt là những yếu tố có ảnh hưởng trong sự duy trì hệ sinh thái Vì vậy, các hoạt động của con người phá hủy hệ sinh thái nước ngọt nên được xem xét trước hết là trong quản lý tài nguyên nước

1.3 Giải quyết xung đột nguồn nước

Các vấn đề về suy thoái chất lượng nước và tình trạng khan hiếm nước thường dẫn đến mâu thuẫn nhiều bên liên quan Tranh chấp về quyền lợi dẫn đến xung đột nước, chẳng hạn như tranh chấp giữa người Ả Rập và Israel, Ấn Độ và Bangladeshes, Mỹ và Mexico, và giữa tất cả 10 nước ven sông lưu vực sông Nile [Wolf, 1999] Cụ thể, các cuộc xung đột nước thường được tạo ra bởi: (1) sử dụng lượng nước nhiều, nhu cầu cung cấp nước khác nhau, (2) nhiều bên liên quan cạnh tranh do nước khan hiếm, (3) mức độ khác nhau của ô nhiễm thượng nguồn hạn chế

sử dụng nước trong lưu vực hạ lưu, (4) chuyển nước liên lưu vực phá vỡ sự cân bằng lâu đời về chất lượng và số lượng nước trong lưu vực Có nhiều công cụ khác nhau để giải quyết những xung đột Các công cụ này bao gồm các công cụ kinh tế

và các quy định trực tiếp, so sánh với trò chơi mới được phát triển bằng cách tiếp cận lý thuyết trò chơi (Hình 1.1)

Hình 1.1: Công cụ để giải quyết các cuộc xung đột nước

[Dinar et al 1997] và [Wang, 2003] đã phân tích ba cơ chế cơ bản cho phân

bổ nguồn nước: phân bổ công cộng là phân bổ dựa trên người dùng, giá cả chi phí cận biên, và phân bổ thị trường nước [Bonnie, 2000 và Mostert , 1998] trình bày bốn phương pháp: kiện tụng, giao dịch thị trường, chính trị thỏa thuận và tranh chấp, kỹ thuật giải quyết - để giải quyết xung đột nước Phân bổ công cộng liên quan đến phân bổ của các chính phủ, đó là cách tiếp cận chính được sử dụng trong hầu hết các nước Cơ chế này có thể phân bổ nước công bằng, nhưng nó đã thường

không đạt được hiệu quả kinh tế và thường gây ra sự lãng phí nước và phân bổ lỗi Giá cả chi phí cận biên là một mức giá được thiết lập để cân bằng với chi phí tăng thêm cho việc sản xuất thêm một đơn vị sản lượng nước [Dinar et al, 1997 ] đã chỉ

ra rằng ba phương pháp này về mặt lý thuyết có hiệu quả, nhưng nó có xu hướng không chú ý đến vốn chủ sở hữu Ngoài ra, rất khó để xác định chi phí cận biên [Saunders, 1977] Phân bổ dựa trên người dùng chủ yếu đề cập đến người sử dụng nước, tổ chức tập thể các thể chế có thẩm quyền ra quyết định Phương pháp này rất linh hoạt và hiệu quả để phân bổ nước để đáp ứng yêu cầu của người sử dụng Tuy nhiên, [Meinzen Dick et al, 1997 ] lập luận rằng các tổ chức không phải là luôn luôn đủ mạnh để phân bổ nước hiệu quả

Cách tiếp cận thị trường nước thường được trích dẫn trong các tài liệu [Burness, 1979; Howe et al năm 1986; Colby, 1990; O'Connor, 2001; Bhaduri, 2003] Một mặt, phương pháp thị trường nước có thể cung cấp ưu đãi người sử dụng nước để sử dụng nước hiệu quả và giảm thải chất ô nhiễm vào nước Thị trường nước thực sự tồn tại ở một số nước như Úc [Pigram et al, 1992] , California [Howe và Goodman, 1995], Chile [Hearne và Phục Sinh, 1995], Ấn Độ [Saleth, 1996], và Tây Ban Nha [Reidinger, 1994],… Mặt khác, nó đòi hỏi việc xác định các quyền về nước gốc, tạo ra định chế và cơ chế pháp lý, và thiết lập cơ sở hạ tầng cơ bản cho thương mại [Holden, 1996; Wanget, 2003] trước khi thị trường nước có thể hoạt động tốt hơn

Do đó, thị trường nước là một lý thuyết tốt, nhưng rất khó để thiết lập một thị trường nước tại hầu hết các quốc gia

Bảng 1.2: Công cụ chính sách để giải quyết các cuộc xung đột nước [Markanya et

al, 1993; Wei, 2007b]

Công cụ kinh tế Cơ chế thị trường

Xác định lại quyền sở hữu, giấy phép có thể giao dịch, đăng ký bảo hiểm trách nhiệm

Hệ thống tiền gửi hoàn lại

Kết hợp chi phí và các khoản trợ cấp để khuyến khích để trở về nước thải để tái chế

Tiêu chuẩn Tiêu chuẩn nước thải, môi trường

xung quanh và công nghệ

lý thị trường, hệ thống hạn ngạch sẽ được chuyển đổi sang một hệ thống giấy phép có thể giao dịch

Với sự phát triển của xã hội, khái niệm về xem xét các lợi ích của tất cả các bên liên quan khác nhau được chấp nhận rộng rãi trên thế giới [Kaufman et al, 1997] và [Yang, 2004] lập luận rằng các cuộc xung đột của các bên liên quan khác nhau trong một lưu vực sông cần được giải quyết thông qua đàm phán dựa trên lợi ích của họ Bản chất của kỹ thuật giải quyết đàm phán dựa trên các cuộc xung đột nước là để tìm một giải pháp lợi ích công bằng trong tình hình hiện tại Lý thuyết trò chơi có thể là một phương pháp thích hợp để mô phỏng và giải quyết xung đột như vậy So với những công cụ khác, lý thuyết trò chơi là một cách tiếp cận mới được phát triển và là một công cụ hiệu quả để hỗ trợ cho đàm phán trong những cuộc xung đột kể từ khi nó nghiên cứu các mối quan tâm và lợi ích của các bên liên

quan Lý thuyết trò chơi hoạt động như một cách tiếp cận mới, liên ngành và cần sự

ủng hộ của các công cụ hỗ trợ khác

1.4 Ứng dụng lý thuyết trò chơi trong quản lý tài nguyên nước

Các tài liệu của ứng dụng lý thuyết trò chơi trong môi trường và quản lý tài nguyên nước là tương đối ít, và chủ yếu tập trung vào ô nhiễm xuyên biên giới [Folmer, 1998] Trò chơi mưa axit của [Maler, 1989] là một trong những công trình sớm nhất mà cố gắng để áp dụng lý thuyết trò chơi để phân tích lượng mưa axit và lan toả của nó ở châu Âu Quy tắc, trò chơi, và các nguồn tài nguyên bể bơi chung [Ostrom et al, 1994] chủ yếu phân tích các vấn đề của khai thác quá mức các nguồn tài nguyên hồ bơi chung, và các kết quả khác nhau bằng cách sử dụng các công cụ phân tích lý thuyết trò chơi không hợp tác, phân tích thể chế và một nền tảng thực nghiệm Bên cạnh đó, lý thuyết trò chơi cũng đã được sử dụng để phân tích quản lý nguồn tài nguyên chung, chẳng hạn như [Berkes 1989, Blaikie 1987, Blomquist

1992, Ostrom 1996] Với các nghiên cứu sâu hơn, một số ấn phẩm chuyên về mô hình lý thuyết trò chơi quản lý tài nguyên và môi trường đã được đưa ra Ví dụ, kiểm soát và mô hình lý thuyết trò chơi của môi trường [Carraro, 1995], là một bộ sưu tập các công trình gần đây về việc áp dụng trò chơi năng động và lý thuyết điều khiển để phân tích các vấn đề tài nguyên và môi trường Xung đột và hợp tác trong quản lý tài nguyên môi trường [Pethig,1992] trình bày một số ứng dụng của khái niệm lý thuyết trò chơi để giải quyết những xung đột môi trường quốc tế bằng cách hợp tác

Cũng như quản lý tài nguyên nước, lý thuyết trò chơi đã sớm được đưa ra để

áp dụng giải quyết vấn đề về mối quan hệ giữa các sinh vật trong giai đoạn tiến hóa [Warburton, 1967; Slobodkin, 1974] [Lewandowski,1979] sử dụng một cách tiếp cận lý thuyết trò chơi để mô hình hành vi của người sử dụng nước trong vấn đề kiểm soát chất lượng, và ông đề nghị một giải pháp lý thuyết trò chơi để sử dụng khác nhau của một hệ thống nước Lúc đầu, giải pháp thiết thực của các mô hình chỉ

dành cho trường hợp đơn giản, tức là hai hoặc ba người chơi [Gnauck, 1985] cho rằng lý thuyết này sẽ được áp dụng để mô tả các đặc tính liên quan đến chiều cao, lý thuyết trò chơi đã trải qua một sự phát triển lớn trong quản lý nước kể từ năm 1980

Lý thuyết trò chơi ban đầu được áp dụng vào việc phân phối chi phí trong các dự án tài nguyên nước chung Vì vậy, các phương pháp phân bổ chi phí khác nhau đã được phát triển, chẳng hạn như tối thiểu Core, giá trị Shapley, giải pháp thương lượng Nash,… [Heaney, 1982; Lejano, 1995] Các nghiên cứu chủ yếu tập trung vào ứng dụng của lý thuyết trò chơi vào xung đột nước Bản chất của phương pháp này là để mô phỏng hành vi của các người chơi khác nhau bằng các trò chơi không hợp tác và hợp tác, và sau đó là giá trị gia tăng có nguồn gốc từ sự hợp tác đang phân bổ cho các người chơi khác nhau dựa trên lợi ích của họ [Tisdell,1992; Becker, 1995; Bielsa, 2001] Nói chung, những tài liệu lý thuyết trò chơi cho đến nay đã được sử dụng để giải quyết các vấn đề sau:

(1) Sự phân bố chi phí của các dự án tài nguyên nước, tức là xử lý nước thải và cơ sở xử lý [Giglio, 1972; Dinar, 1997], và dự án cấp nước [Heany, 1982;Young et al, 1982; Driessen, 1985; Dufournaud, 1990; Dinar et al,1992; Jano, 1995; Lippai, 2000]

(2) Phân bổ công bằng lượng chất thải sang môi trường chung [Kilgour et

al, 1988; Okada, 1992; Wei, 2007]

(3) Phân bổ quyền về nước [Tisdell, 1992]

(4) Phân bổ nước [Rogers, 1969; 1993a, b; Okada, 1997; Wang et al, 2003; Wei, 2007 a, b]

(5) Ô nhiễm sông xuyên biên giới, trong đó có sông liên quốc gia [Van der Veeren, 2003] và sông trong nội bộ quốc gia [Zeng, 2004; Yang, 2004] (6) Phân tích và kiểm tra nước [Wang, 2005]

(7) Bồi thường nước để giải quyết xung đột lợi ích [Xiao et al, 2005] Cho đến nay hầu hết các mô hình đã không giải quyết được vấn đề nước, nơi

có tồn tại mâu thuẫn về cả chất lượng và số lượng Chi tiết mô hình số lượng nước xem xét việc tối ưu hóa phân bổ nước để giải quyết những xung đột của thiếu nước, nhưng đã không được chú ý ảnh hưởng của chất lượng nước Mô hình chất lượng nước không được sử dụng để giải quyết lượng nước phân bổ tối ưu, mặc dù một số

mô hình đã được áp dụng đối với việc kiểm soát lượng chất gây ô nhiễm nước dựa trên các giả định của tần số khác nhau và dòng chảy thủy văn Lý thuyết trò chơi là một trong số ít những công cụ được áp dụng để đối phó với cả chất lượng và số lượng nước

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Lý thuyết trò chơi và quản lý tài nguyên nước

Lý thuyết trò chơi giai đoạn hình thành chỉ đơn thuần là một nhánh của Toán học ứng dụng Nội dung chủ yếu của lý thuyết trò chơi là nghiên cứu các tình huống chiến thuật, trong đó mỗi người chơi lựa chọn các chiến lược khác nhau dựa trên các chiến thuật của người chơi khác để cố gắng làm cho tối đa kết quả nhận được Ban đầu lý thuyết trò chơi được phát triển như một công cụ để nghiên cứu hành vi kinh tế học Ngày nay, các khái niệm mô hình lý thuyết trò chơi và lý luận

đã áp dụng rộng rãi trong kinh tế, thương mại, xã hội, chính trị, sinh học, và nhiều khoa học khác để giúp mọi người phân tích và hiểu các hiện tượng xã hội

Lý thuyết trò chơi là một tập hợp công cụ phân tích thiết kế để mô hình tình huống tương tác hoặc phụ thuộc lẫn nhau, trong đó hành vi hợp lý của mỗi người chơi không chỉ ảnh hưởng đến lợi ích và thiệt hại của riêng mình, mà còn ảnh hưởng đến những người khác Quản lý tài nguyên nước cần xử lí các mâu thuẫn tương tác giữa nhiều bên liên quan Vì vậy, lý thuyết trò chơi phù hợp với mô hình các cuộc xung đột nước

Câu hỏi đặt ra là làm thế nào để đưa những vấn đề này vào các mô hình trò chơi rồi từ đó phân tích và giải quyết chúng

Các trò chơi được nghiên cứu trong lý thuyết trò chơi là các đối tượng toán học được định nghĩa rõ ràng Mỗi trò chơi bao gồm một tập các người chơi/ đấu thủ, một tập các nước đi (chiến lược) mà người chơi có thể chọn, và một đặc tả về cơ chế thưởng phạt cho mỗi tổ hợp các chiến lược của các hành động hợp lý của người chơi tương tác hoặc phụ thuộc lẫn nhau, chẳng hạn như hợp tác hoặc liên minh, mâu thuẫn, cạnh tranh, cùng tồn tại,…[Wei, 2007 b] Mỗi người chơi có thể là một quốc gia, một khu vực, một nhóm, một cá nhân, sinh vật, thành phần vô sinh và hữu sinh hoặc thậm chí tự nhiên thích hợp Bản chất của lý thuyết này là phân tích sự tương tác giữa các người chơi, để nghiên cứu chiến lược và tạo ra sự công bằng giữa các người, để mỗi người chơi đạt được kết quả tốt nhất

Một trò chơi được quy định như sau:

A  là tập hợp các hành động của người chơi i, tức là toàn bộ các hành động

mà mình có Tập hợp thứ tự a i {a }i , là một sự kết hợp hành động cho mỗi n người chơi trong một trò chơi Trong tập hợp hành động, S là bộ chiến lược của các người chơi Chiến lược là nguyên tắc để lựa chọn các hành động Không gian chiến lược người chơi thứ i, ký hiệu là S i - tập hợp tất cả các chiến lược mà người chơi thứ i có thể lựa chọn

P – tiền chi trả Tiền chi trả là giá trị của kết quả cho các người chơi Nó liên quan cả tiền chi phí thực tế và tiền chi phí dự kiến Tỷ lệ chung được dựa trên lợi ích và chi phí của các hành động và kết quả của mỗi người chơi.u s s i i, i1 là hàm chi trả của người chơi chính i, được xác định bởi các chiến lược đươc lựa chọn bởi chính mình và các người chơi khác

I – thông tin thiết lập Đó là kiến thức của người chơi về một người chơi khác, chẳng hạn như các đặc điểm, hồ sơ cá nhân hành động, chức năng phần thưởng trong trò chơi Nếu tiền chi trả mỗi người chơi là một kiến thức phổ biến trong tất

cả các người chơi, thì nó là thông tin đầy đủ Nếu không, nó được gọi là thông tin không đầy đủ Nếu thông tin đầy đủ và hoàn hảo, nghĩa là các người chơi biết rõ quá trình trước đây của trò chơi trước khi chọn bước di chuyển tiếp theo của mình Còn nếu người chơi sẽ chọn bước di chuyển tiếp theo của mình mà không biết xử lý

trước của trò chơi tại một số bước, đó là được gọi là thông tin đầy đủ nhưng không hoàn hảo

O - kết quả của trò chơi Mỗi kết quả là một hồ sơ chiến lược từ những hành động / bước di chuyển kết hợp được lựa chọn bởi tất cả các người chơi ở phần cuối của một trò chơi

E - cân bằng Trong trạng thái cân bằng, mỗi người chơi có thể tối đa hóa tiền chi trả của mình

Nói chung, các yếu tố của lý thuyết trò chơi bao gồm N - Người chơi, A - Hành động (di chuyển), P – Chi phí, I - Thông tin, O - Kết quả và E - Trạng thái cân bằng Tức là NAPI-OE NAPI được gọi chung là các quy tắc của một trò chơi và

OE là kết quả trò chơi

Nhiệm vụ chính để xây dựng một mô hình trò chơi là xác định được các quy tắc (NAPI) trong ngôn ngữ toán học và nhận được các giải pháp từ (OE) Lý thuyết trò chơi chi tiết có thể được xem xét ở [Friedman, 1991; Gibbons, 1992; Kreps, 1993; Straffin, 1993; Gardner, 1995; Fundenberg, 1996; Stahl, 1999; Osborne, 2000; Gintis, 2000],

Mỗi người chơi có những chiến lược khác nhau Tuy nhiên, chiến lược tối ưu cho một người chơi là tối đa hóa lợi ích của mình, lợi ích chung thông qua các quy tắc Mô hình lý thuyết trò chơi liên quan đến các điều kiện và giả định sau:

1) Người chơi của các mô hình được coi như "thông minh và hợp lý" Người chơi hợp lý có nghĩa là mỗi người chơi sẽ chọn một chiến lược hành động mà có thể tối đa hóa tiện ích dự kiến của mình và suy nghĩ được những hành động người chơi khác sẽ chọn Người chơi thông minh có nghĩa là mỗi người chơi hiểu tình hình và

họ biết thực tế là những người khác cũng thông minh và hợp lý

2) Mỗi người chơi xem xét không chỉ kiến thức và hành vi của riêng mình mà còn những người khác trong việc theo đuổi mục tiêu

3) Mỗi người chơi có nhiều hơn một lựa chọn hoặc thứ tự (lượt)

4) Tất cả các sự kết hợp có thể lựa chọn hoặc lượt dẫn đến một kết quả được xác định rõ: thắng hay thua, lợi ích lẫn nhau hoặc thiệt hại

5) Người chơi biết các quy tắc của trò chơi và các tùy chọn của người chơi khác, nhưng họ không biết quyết định thực sự của người chơi khác trước Vì vậy, mỗi người chơi phải tùy chọn dựa trên giả định của mình về những gì các người chơi khác sẽ lựa chọn

6) Mỗi người chơi đều biết rằng hành động của mình có thể ảnh hưởng đến những người khác, và ngược lại

2.1.1 Mô hình lý thuyết trò chơi

Mô hình lý thuyết trò chơi đang bắt đầu trở thành một cách tiếp cận không thể thiếu để phân tích, hiểu và giải quyết nhiều vấn đề nước trong thế giới ngày nay Như những ngành khoa học khác, lý thuyết trò chơi bao gồm nhiều mô hình khác nhau Có nhiều phương pháp khác nhau để phân loại các mô hình này, chúng được tóm tắt như sau :

- Thỏa thuận ràng buộc: trò chơi không hợp tác và hợp tác

- Số lượng người chơi: chơi đơn, hai người trò chơi và đa người chơi

- Thứ tự của hành động (di chuyển ): trò chơi tĩnh và động

- Các yếu tố của hành động thiết lập: trò chơi hữu hạn và vô hạn

- Tổng phần thưởng: trò chơi tổng bằng không và tổng khác không

- Thông tin thiết lập: thông tin đầy đủ và các trò chơi thông tin không đầy đủ

2.1.1.1 Mô hình hợp tác và không hợp tác

Mô hình lý thuyết trò chơi thường được phân chia thành hai nhánh, trò chơi không hợp tác và trò chơi hợp tác [Hart, 1997; Aumann, 1997; Gibbon, 1996, Zhang, 1996]

(I) Trò chơi không hợp tác

Trò chơi không hợp tác có thể được xác định từ các khía cạnh sau:

• Mô hình hóa các tình trạng thiếu thỏa thuận ràng buộc

• Những hành động mà người chơi có thể thực hiện

• Các giải pháp khái niệm : cân bằng Nash, cân bằng hoàn hảo Nash, cân bằng Bayesian Nash và hoàn hảo cân bằng Bayes

• Chủ yếu nhấn mạnh tính hợp lý, chiến lược tối ưu cá nhân và tiền chi trả

• Kết quả có thể có hiệu quả và có thể không

(II) Trò chơi hợp tác

Trò chơi hợp tác có thể được xác định bởi :

• Mô hình hóa tình hình thỏa thuận ràng buộc

• Những dạng liên minh mà người chơi có thể sử dụng để tối đa hóa phúc lợi tập thể

• Cách thức tổng giá trị sẵn có chia một cách thỏa đáng

• Khái niệm giải pháp phổ biến nhất : tập ổn định, quy tắc dựa trên vốn chủ sở hữu, giá trị cốt lõi, giá trị Shapley, Hạt nhân

• Nhấn mạnh chủ yếu là tính hợp lý, hiệu quả và công bằng

• Kết quả thường hiệu quả và công bằng

Tóm lại, lý thuyết trò chơi không hợp tác và hợp tác cũng giống như các phương pháp tiếp cận tích cực và quy phạm mà các nhà kinh tế sử dụng Nếu đem

so sánh thì lý thuyết trò chơi không hợp tác là định hướng chiến lược và nghiên cứu những gì người chơi mong đợi để làm và làm thế nào họ làm được điều đó Còn lý thuyết trò chơi hợp tác là những gì các người chơi có thể đạt được và làm thế nào để

họ có thể đạt được nó

Có nhiều ý kiến khác nhau, một số học giả cho rằng lý thuyết trò chơi không phải là một công cụ dự đoán cho hành vi của con người, mà như là một lời đề nghị

để người ta nên phải xem xét hành xử như thế nào

2.1.1.2 Mô hình lý thuyết trò chơi và chiến lược mở rộng

Các mô hình trò chơi có thể được chia thành hai loại: chiến lược trò chơi chuẩn tắc và trò chơi mở rộng

(1) Trò chơi chiến lược chuẩn tắc

Một trò chơi chiến lược chuẩn tắc được định nghĩa như sau: G N,(S ),(u )i i

Ở đây N là tập hợp của các người chơi, (S ) {S ,S , ,S }i  1 2 n , S i là hồ sơ chiến lược của người chơi i, (u )i (u u , u )1, 2, n là hàm tiền chi trả của người chơi i, chiến lược trò chơi này thường áp dụng cho mô hình tĩnh Trong trò chơi này, mỗi người chơi chọn một chiến lược Hồ sơ cá nhân của tất cả các chiến lược của các người chơi xác định tiền chi trả của họ Trò chơi tĩnh có thể đầy đủ hoặc không đầy đủ về thông tin Lựa chọn đồng thời không có nghĩa là một trong những người chơi lựa chọn chiến lược với người chơi khác cùng một lúc, mà là người chơi này không biết

sự lựa chọn của những người khác

1 2

1 2

*

2

(a, a) (b, c)1

ma trận thường đại diện cho chiến lược của người chơi 1 (hàng người chơi), và cột

đề cập đến người chơi thứ 2 (cột người chơi) Nếu không chắc chắn, các ma trận thường trò chơi chỉ đơn giản là thể hiện:

*

(a, a) (b, c)(c, b) (d, d)

2 di chuyển sau khi đã nhìn thấy các chuyển động của người chơi 1 Và sau đó người chơi 3 lựa chọn di chuyển sau khi nhìn thấy cách di chuyển trước của người chơi 1 và 2 Các con số trong ngoặc đơn ở phía bên phải là phần thưởng của các người chơi, và số đầu tiên thuộc về người chơi 1 và chuyển đến các người chơi thứ

2 và 3 tương ứng

Các trò chơi mở rộng còn có thể mô tả các trò chơi đi đồng thời Hoặc có một đường chấm chấm hoặc một đường tròn vẽ quanh 2 đỉnh khác nhau để biểu diễn rằng chúng đều thuộc cùng một tập hợp thông tin (nghĩa là, người chơi không biết

họ đang ở điềm nào)

Hình 2.1: Một cây trò chơi được sử dụng để minh họa cho trò chơi

2.1.1.3 Mô hình trò chơi đặc biệt

Một số trò chơi đã được sử dụng rộng rãi để phân tích và minh họa vấn đề tài nguyên môi trường và thiên nhiên

a Dựa vào cách sử dụng chiến thuật: Trò chơi đối xứng và bất đối xứng

Một trò chơi đối xứng là một trò chơi mà phần lợi cho việc chơi một chiến thuật nào đó chỉ phụ thuộc vào các chiến thuật được sử dụng, chứ không phụ thuộc vào người nào đang chơi Nếu như các người chơi đổi vai trò cho nhau mà không làm thay đổi phần lợi đối với chiến thuật chơi, thì một trò chơi là đối xứng, ví dụ trò chơi con gà, song đề tù nhân, đi săn nai… Đa số những trò chơi bất đối xứng được nghiên cứu là những trò chơi mà các tập hợp chiến thuật khác nhau được sử dụng bởi 2 người chơi, chẳng hạn, trò chơi tối hậu thư, trò chơi độc tài… thì có chiến thuật khác nhau của mỗi người chơi Tuy vậy, có thể xảy ra trường hợp một trò chơi

có những chiện thuật giống nhau cho cả hai người chơi nhưng vẫn bất đối xứng

Hình 2.2: Trò chơi bất đối xứng

b Dựa vào kết quả của trò chơi:

Mô hình trò chơi hai người tổng bằng không và trò chơi tổng khác không Trong trò chơi 2 người tổng bằng không, 1 người chơi sẽ thua nếu một người khác chiến thắng và số tiền thưởng phạt của họ luôn luôn bằng không, tức

Trò chơi này cũng được gọi là trò chơi "cạnh tranh nghiêm túc" do các lợi ích trái ngược của các người chơi Trò chơi hai người tổng bằng không được sử dụng để

mô phỏng một tình huống trong đó các người chơi có mâu thuẫn hoặc lợi ích, chẳng hạn người sử dụng nước khác nhau trong khu vực khan hiếm nước

Hình 2.3: Trò chơi tổng bằng không

Nhiều trò chơi mà các nhà lý thuyết trò chơi nghiên cứu, trong đó có song đề

tù nhân nổi tiếng, là trò chơi tổng khác không, do có một số kết cục có tổng kết quả lớn hơn hoặc nhỏ hơn không Trò chơi này mô phỏng một tình huống mà trong đó lợi ích từ sự hợp tác của mỗi người chơi để có được sự tự do Một trò chơi 2 người song đề tù nhân (Hình 2.4) là mô phỏng các tình huống ra quyết định tập thể mà không hợp tác luôn luôn là chiến lược thống trị của mỗi người chơi, kể cả chiến lược của người chơi khác [Scharpf 1997] Trong các trò chơi tổng khác không, một thu hoạch của đối thủ này không nhất thiết tương ứng với một thiệt hại của đấu thủ khác

Mô hình này là một công cụ rất hữu ích để phân tích các mâu thuẫn giữa các

cá nhân và hợp lý tập thể [Ostrom et al, 1994] Chiến lược tối ưu của mỗi cá nhân dẫn đến một kết quả cân bằng tối ưu cho tất cả người chơi, bởi vì có ít nhất một kết quả mà có thể làm cho người chơi tốt hơn và trong tình huống trên hợp tác liên quan đến rủi ro và sự không chắc chắn Mỗi người chơi sẽ có khả năng chi trả thấp nhất nếu những người khác thiếu hụt Một số tình huống khác đã được minh họa bằng các mô hình trò chơi song đề tù nhân, chẳng hạn như lạm dụng dịch vụ công cộng

và các nguồn lực chung Cách giải quyết các vấn đề là thiết kế một cơ chế để thay đổi các quy tắc, có thể dẫn dắt các người chơi để đạt được hợp lý tập thể

c Dựa vào thông tin người chơi:

Trò chơi có thông tin hoàn hào và trò chơi thông tin không hoàn hảo

Hình 2.5: Trò chơi thông tin không hoản hảo

(đường nét đứt biểu thị việc thiếu thông tin của người chơi 2)

Các trò chơi thông tin hoàn hào lập thành một tập con quan trọng của các trò chơi tuần tự Một trò chơi được gọi là có thông tin hoàn hào nếu mọi đấu thủ biết tất

cả các nước đi mà tất cả các đấu thủ khác đã thực hiện Do vậy chỉ có các trò chơi tuần tự mới có thể là các trò chơi thông tin hoàn hảo Tính chất thông tin hoàn hảo thường bị nhầm lẫn với khái niệm thông tin đầy đủ Tính chât thông tin đầy đũ đòi hỏi rằng mỗi người chơi biết về các chiến lược và thành quả thu được của các người chơi khác, nhưng không nhất thiết biết về các hành động của họ

2.1.2 Cách tiếp cận lý thuyết trò chơi quản lý tài nguyên nước

Lý thuyết trò chơi bắt đầu với toán học ứng dụng và lý thuyết kinh tế vi mô, nhưng sau đó nó được sử dụng như một cách tiếp cận mô hình quản lý tài nguyên

nước Các câu hỏi phát sinh trong các mô hình trò chơi quản lý tài nguyên nước như sau:

(1) Những loại của trò chơi có thể quản lý tài nguyên nước được mô hình như thế nào? Nói cách khác, những dạng nào của trò chơi liên quan đến quản lý tài nguyên nước? Sự lựa chọn hợp lý của các bên liên quan có thể được chuyển sang một vấn đề toán học hoặc kinh tế? Kết quả hợp lý có thể là "giải pháp" cho trò chơi? (2) Làm thế nào để chuyển một trường hợp quản lý tài nguyên nước vào một trò chơi trong toán học hoặc ngôn ngữ kinh tế? Cụ thể, những người chơi là gì? chiến lược cho mỗi người chơi? Phần thưởng mà mỗi người chơi có thể có được là

gì từ những sự kết hợp của các chiến lược được lựa chọn bởi các người chơi? Những phương pháp có thể được sử dụng để giải quyết cho chiến lược? Làm thế nào để lựa chọn chiến lược tốt hơn?

(3) Những thông tin đầy đủ và không đầy đủ có ý nghĩa gì trong các trò chơi quản lý tài nguyên nước? Những gì không chắc chắn hoặc rủi ro đang có trong một trò chơi quản lý nước? Làm thế nào để dự đoán điều đó?

(4) Làm thế nào để đánh giá các vấn đề và lợi ích về tiền chi trả? Làm thế nào

để đánh giá chi phí và đưa ra quyết định đúng đắn? Nếu các trò chơi là một sự hợp tác, vậy làm thế nào để phân chia tiền chi trả?

2.1.2.1 Các loại trò chơi

Từ quan điểm lý thuyết trò chơi, có đầy đủ các trò chơi trong xã hội loài người

và tự nhiên Hình 2.6 cho thấy thiên nhiên và xã hội loài người được xem xét trong

đó mỗi tương tác và các nhóm các cá nhân phụ thuộc lẫn nhau có thể được mô hình hóa như trò chơi Ví dụ như các trò chơi có thể được thực hiện giữa con người và mưa, sông, hồ và động vật, và giữa động vật và động vật, thực vật và thực vật, động vật, thực vật và môi trường sống của họ

Hình 2.6 : Thiên nhiên và xã hội loài người từ góc độ lý thuyết trò chơi

[Vrieze, 1995] phân loại trò chơi môi trường theo hai cách: trò chơi xã hội và trò chơi hao mòn, và [Kelly, 2003] phân loại vào các trò chơi kỹ năng, trò chơi may rủi và các chiến lược trò chơi Trong nghiên cứu này, các trò chơi liên quan đến nước, quản lý tài nguyên thiên nhiên khác được phân thành ba loại sau đây :

1) N-N: Trò chơi giữa con người và con người, kể cả các nước khác nhau, các khu vực trên thế giới, hoặc các khu vực trong khu vực

2) N-T: Trò chơi giữa con người và tự nhiên

3) T-T: Trò chơi giữa thiên nhiên và thiên nhiên

2.1.2.2 Cách tiếp cận lý thuyết trò chơi để giải quyết xung đột

Câu hỏi đặt ra là làm thế nào để xây dựng một mô hình trò chơi

Để xây dựng một mô hình trò chơi đẻ giải quyết các xung đột có thể chia thành 4 bước sau:

Bước 1: Xác định các trò chơi

Xác định người chơi

Quy định chức năng tiền chi trả của họ

Xác định các chiến lược của họ

Xác định thông tin thiết lập

Bước 2: Thiết lập mô hình trò chơi

Mô hình trò chơi không hợp tác

Mô hình trò chơi hợp tác

Bước 3: Phân tích các mô hình trò chơi

Nhận được các kết quả có thể có của trò chơi

So sánh các kết quả

Bước 4: Giải quyết các trò chơi

Nhận được trạng thái cân bằng của trò chơi không hợp tác

Nhận được điểm thỏa hiệp để chia sẻ lợi ích thu được từ các trò chơi hợp tác

Hoặc có thể được tóm tắt trong thời gian ngắn vào các câu hỏi sau:

1) Ai liên quan trong cuộc xung đột?

2) Chiến lược là gì?

3) Làm thế nào để hình thành hệ thồng chi phí của mỗi người chơi?

4) Làm thế nào để mỗi người chơi biết được mức chi phí những người chơi khác?

5) Có phải chơi trong cùng một lúc, trò chơi liên tục, trò chơi hữu hạn hoặc vô hạn không?

6) Làm thế nào để tính toán cân bằng trong trường hợp của một tổ chức trò chơi không hợp tác?

7) Có phải mỗi người chơi tốt hơn nếu hợp tác với những người khác?

8) Làm thế nào để phân phối các lợi ích từ các trò chơi hợp tác giữa các người chơi?

2.1.3 Sử dụng lý thuyết trò chơi để giải quyết cuộc xung đột nước

Trong một lưu vực sông bao gồm các yếu tố khác nhau như thủy văn, địa hóa học, sinh học hoặc yếu tố kinh tế xã hội, tạo thành một hệ thống tích hợp liên quan đến chất lượng và số lượng nước Trong đó, các nguồn chất gây ô nhiễm nước và số lượng phân bổ nước có thể được xác định rõ ràng chỉ khi một lưu vực sông được xem xét [McKinney, 1999] nói rằng một lưu vực sông là một mô hình hóa và quản

lý nguồn nước đơn vị hợp lý và phù hợp [Jonch, 2004] cũng cho rằng một chậu nước là quy hoạch và quản lý đơn vị cơ bản Phân tích, thảo luận về phân bổ nước