PHẦN 3. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.2.9. Phương pháp mô hình toán tối ưu đa mục tiêu
Phương pháp mô hình toán tối ưu đa mục tiêu (với 3 mục tiêu về kinh tế, xã hội, môi trường) được sử dụng để tính toán xác định cơ cấu diện tích đất, phương án sử dụng đất phù hợp và làm căn cứ để đề xuất cơ cấu sử dụng đất nông nghiệp hợp lý cho huyện Nam Sách, tỉnh Hải Dương.
Dạng tổng quát của mô hình tối ƣu đa mục tiêu:
Hãy xác định tập giá trị các biến quyết định: X = (x1,x2,...,xn) thỏa mãn các điều kiện:
Z(X) → max (1) X D (2)
Trong đó: (1) là tập các hàm mục tiêu xác định theo tập biến quyết định X, điểu kiện (2) là các điều kiện ràng buộc mà tập biến quyết định X phải thỏa mãn, D còn gọi là miền ràng buộc của bài toán, đƣợc xác định bởi các điều kiện ràng buộc.
Để đáp ứng cho việc giải bài toán tối ƣu đa mục tiêu phải đảm bảo các điều kiện: xác định hàm mục tiêu (Z) về kinh tế, xã hội, môi trường; xác định các ràng buộc (X) về tài nguyên đất nhƣ diện tích thích hợp của các LUT; diện tích để đảm bảo khả năng chuyển đổi diện tích của các kiểu sử dụng đất; diện tích để đảm bảo duy trì sản xuất; diện tích để đảm bảo đủ lao động cho hoạt động sản xuất nông nghiệp; diện tích để cho ra sản phẩm có thị trường tiêu thụ và ràng buộc không âm của các biến số.
Để xác định diện tích sử dụng đất nông nghiệp hợp lý cho huyện Nam Sách, trước hết cần xác định diện tích có tiềm năng thích hợp với loại sử dụng đất thông qua kết quả giải bài toán xác định cơ cấu sử dụng đất hợp lý theo loại sử dụng đất, sau đó xác định cơ cấu sử dụng đất hợp lý theo kiểu sử dụng đất (Mục 4.5.2.4, khoản a).
Bài toán tối ƣu đa mục tiêu xác định cơ cấu hợp lý của kiểu sử dụng đất đƣợc thực hiện theo quy trình sau:
ước 1 Chọn ẩn biến số
Để áp dụng mô hình này, đã tiến hành khảo sát thực tế và lựa chọn tập biến quyết định X = (x1,x2,...,x31) là diện tích đất (ha) ứng với 31 kiểu sử dụng đất (Bảng 3.5).
ước 2 Thiết lập các hàm mục tiêu
a. Hàm mục tiêu hiệu quả kinh tế tối đa có dạng:
, trong đó lấy hệ số ci1 đại diện cho hiệu quả kinh tế là giá trị gia tăng thu đƣợc trên một đơn vị diện tích của loại/kiểu sử dụng đất thứ i.
b. Hàm mục tiêu hiệu quả xã hội tối đa có dạng:
trong đó lấy hệ số ci2 đại diện cho hiệu quả xã hội tính bằng giá trị tiền thu đƣợc trên 1 ngày công của loại/kiểu sử dụng đất thứ i.
c. Hàm mục tiêu hiệu quả môi trường tối đa có dạng:
trong đó lấy hệ số ci3 là tổng điểm đánh giá mức độ ảnh hưởng đến môi trường đất trên một đơn vị diện tích của loại/kiểu sử dụng đất thứ i.
d. Xác định các hệ số của các hàm mục tiêu
Hệ số của hàm mục tiêu kinh tế ci1 xác định là giá trị gia tăng (GTGT) đạt đƣợc trên một đơn vị diện tích (triệu đồng/ha) của loại/kiểu sử dụng đất thứ i.
Bảng 3.5. Đặt tên biến số của kiểu sử dụng đất nông nghiệp
Tên ẩn/biến số Thuộc kiểu sử dụng đất Thuộc loại sử dụng đất
X1 Lúa xuân - lúa mùa LUT1: 2 Lúa
X2 Lúa xuân - lúa mùa - ngô LUT2: 2 Lúa - màu X3 Lúa xuân - lúa mùa - hành, tỏi LUT2: 2 Lúa - màu X4 Lúa xuân - lúa mùa - dƣa chuột LUT2: 2 Lúa - màu X5 Lúa xuân - lúa mùa - bí xanh LUT2: 2 Lúa - màu X6 Lúa xuân - lúa mùa - dƣa hấu LUT2: 2 Lúa - màu X7 Lúa xuân - lúa mùa - cà rốt LUT2: 2 Lúa - màu X8 Lúa xuân - lúa mùa - rau LUT2: 2 Lúa - màu X9 Lúa xuân - lúa mùa - khoai lang LUT2: 2 Lúa - màu X10 Lúa xuân - lúa mùa - khoai tây LUT2: 2 Lúa - màu X11 Lúa xuân - lúa mùa - cà chua LUT2: 2 Lúa - màu X12 Lúa xuân - ngô - hành LUT3: 1 Lúa - màu X13 Lúa xuân - cà chua - hành LUT3: 1 Lúa - màu X14 Cà rốt - rau - cà rốt LUT4: Chuyên rau - màu
X15 Rau - rau - hành LUT4: Chuyên rau - màu
X16 Chuyên canh rau LUT4: Chuyên rau - màu
X17 Ngô - đậu tương - rau - rau LUT4: Chuyên rau - màu X18 Ngô - dƣa hấu - hành - rau LUT4: Chuyên rau - màu
X19 Dƣa hấu - ớt - hành LUT4: Chuyên rau - màu
X20 Cà chua - rau - hành LUT4: Chuyên rau - màu
X21 Rau - dƣa - đỗ LUT4: Chuyên rau - màu
X22 Bí - hành - rau LUT4: Chuyên rau - màu
X23 Chuyên hoa, cây cảnh LUT5: Hoa, cây cảnh
X24 Nhãn LUT6: Cây ăn quả
X25 Vải LUT6: Cây ăn quả
X26 Ổi LUT6: Cây ăn quả
X27 Bưởi LUT6: Cây ăn quả
X28 Táo LUT6: Cây ăn quả
X29 Chuối LUT6: Cây ăn quả
X30 Chuyên nuôi cá LUT7: Nuôi trồng thuỷ sản
X31 Trang trại tổng hợp LUT8: Trang trại tổng hợp
Hệ số của hàm mục tiêu xã hội ci2 là giá trị ngày công lao động (GTNC) đạt đƣợc trên một đơn vị diện tích (nghìn đồng công) của loại/kiểu sử dụng đất thứ i.
Hệ số của hàm mục tiêu môi trường ci3 là tổng điểm đánh giá về môi trường xét trên một đơn vị diện tích của loại/kiểu sử dụng đất thứ i.
ước 3 Lập hệ điều kiện ràng buộc
Các điều kiện ràng buộc là những hạn chế về diện tích các loại đất, bao gồm ràng buộc diện tích thích hợp đối với loại sử dụng đất; ràng buộc diện tích để đảm bảo khả năng chuyển đổi diện tích của các kiểu sử dụng đất; ràng buộc diện tích để đảm bảo duy trì sản xuất; ràng buộc diện tích để đảm bảo đủ lao động cho hoạt động sản xuất nông nghiệp; ràng buộc diện tích để cho ra sản lƣợng sản phẩm nông nghiệp có thị trường tiêu thụ; ràng buộc không âm của các biến số.
ước 4 Lựa chọn phương pháp phần mềm và giải bài toán
Trong nghiên cứu đề tài đã sử dụng phương pháp nhượng bộ từng bước để tìm nghiệm số. Lựa chọn mục tiêu Z1 (giá trị gia tăng tối đa) làm mục tiêu chính, các mục tiêu Z2, Z3 với kỳ vọng đạt 90%.
ước 5 Chạy thử chương trình và phân tích kết quả. Bài toán được chạy theo chương trình đã thiết lập theo các bước và lặp lại n lần, nhận được các kết quả tương ứng. Từ đó phân tích và lấy kết quả của hàm liên hợp làm phương án tối ưu (phương án chọn). Sử dụng Module Solver trong Microsofl Excel để giải bài toán tối ƣu cho các mục tiêu. Lập bảng thông tin Pay-Off.
Kết quả giải hai bài toán trên là một trong những căn cứ đề xuất cơ cấu diện tích sử dụng đất nông nghiệp trong tương lai.