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

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI PHÁT TRIỂN MƠ HÌNH TỐI ƯU HỐ ĐỘNG NGHIÊN CỨU, PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ KINH TẾ ĐỐI VỚI QUY HOẠCH, QUẢN LÝ VÀ KHAI THÁC TÀI NGUYÊN NƯỚC Ở HỆ THỐNG SƠNG HỒNG CNĐT: BÙI THỊ THU HỒ 9779 HÀ NỘI – 2012 MỞ ĐẦU Lịch sử phát triển kinh tế giới cho thấy, theo thời gian, xã hội kinh tế kèm theo chúng thường phát triển suất sản lượng, khiến cho quy mô sản xuất tổng thể không ngừng tăng lên Sản xuất quy mô lớn, trái với sản xuất tự cung tự cấp gắn liền với chế độ kinh tế tập trung quan liêu bao cấp, địi hỏi tồn xã hội thành viên kinh tế phải tuân thủ luật lệ, quy tắc, quy chế chế độ kinh tế phù hợp, chế kinh tế thị trường Cơ chế kinh tế chấp nhận ngày phổ biến rộng rãi xã hội chúng ta, Nhà nước khẳng định yêu cầu quốc gia phát triển giới thừa nhận quốc gia có kinh tế thị trường phạm vi toàn giới Chấp nhận chế thị trường khơng có nghĩa phải phát triển thương mại cách tùy ý lĩnh vực có “thất bại thị trường” (market failure), ví dụ lĩnh vực quản lý khai thác nhiên liệu hóa thạch, quản lý khai thác rừng, quản lý phát triển tài nguyên nước, … Đối với khu vực “thất bại thị trường”, trách nhiệm hàng đầu phải thuộc “điều tiết” khu vực cơng cộng, nói riêng khu vực nhà nước, thông qua công cụ điều tiết truyền thống biện pháp tài (đánh thuế chi tiêu phủ), biện pháp tiền tệ, biện pháp điều chỉnh (regulation method) Trong kinh tế thị trường phát triển ngày trở nên phức tạp, can thiệp phủ thất bại thị trường ngày trở nên khó khăn, địi hỏi người làm định phải có nhiều kiến thức hiểu biết nhiều lĩnh vực khác Trong ngành nước, kiến thức kiến thức vật lý chuyển động hệ thống nước, khoa học thủy văn, thủy lực, kiến thức địa chất, thổ nhưỡng, sinh học, nông học, … liên quan tới tất kiến thức quy luật khoa học kinh tế xã hội toàn hệ thống tổng thể Nếu hệ thống thương mại kinh tế ví mạng lưới vận chuyển, cung cấp, phân phối hàng hóa dịch vụ cho tồn thành viên để trì sống tồn xã hội, kinh tế học khoa học phục vụ cho điều tiết can thiệp phủ nhằm sửa chữa trục trặc hệ thống thương mại để bảo đảm lưu thông Trong lĩnh vực ngành nước, can thiệp phủ quan trọng ví dụ phân bổ nước cho tưới khơng mang lại lợi ích to lớn tính tiền so với sử dụng nước khác điều kiện bình thường, lại giữ vai trò sống an ninh lương thực bị đe dọa; nước sinh hoạt cho người nghèo đô thị khu vực nông thôn mang lại nhiều giá trị cho xã hội khó ước lượng qua đơn vị tiền tệ; nước cho lượng khó so sánh với nước cho du lịch phát triển chăn ni; nước mang lại nhiều lợi ích lại dễ bị nhiễm, chi phí khắc phục nhiễm lợi ích cần phải đánh đổi nào, cịn nhiều ví dụ khác May mắn thay, nhà kinh tế khắp nơi toàn giới có nỗ lực lớn lao để giải vấn đề nói khơng giới hạn ngành nước mà phổ biến rộng rãi lĩnh vực kinh tế tài nguyên thiên nhiên nói chung Mặc dù chưa đạt thỏa thuận mong muốn, nhà kinh tế tài nguyên thiên nhiên mơi trường ngày có sức thuyết phục với vấn nạn hàng đầu giới cạn kiệt nhiên liệu hóa thạch vấn đề ấm nóng tồn cầu Các cơng cụ nhà khoa học sử dụng ngày trở nên có hiệu lực ngày đa dạng phong phú, giúp nhiều cho họ ứng phó với thách thức phát sinh Một cơng cụ tiếp cận mơ hình hóa tối ưu hóa động Tiếp cận tối ưu hóa động (và tối ưu tĩnh) kết hợp với công cụ đại công nghệ thông tin giúp cho tính tốn nhà khoa học ngày gần gũi với quảng đại quần chúng nói chung, gần gũi với nhà quản lý làm định thực hành Cùng với đóng góp lý thuyết tối ưu cơng nghệ tính tốn, nhà khoa học cho thể số hóa tốn phân bổ tài ngun nước phức tạp kịch vừa phức tạp khơng gian vừa phức tạp thời gian, ví dụ so sánh giá trị nước không nhiều sử dụng nước khác nhau, mà đánh giá giá trị tương đối chúng theo chiều dài thời gian Với cân nhắc ngày chi tiết vậy, chắn nhà quản lý nhà làm định ngày có thông tin rõ ràng đáng tin cậy để can thiệp tháo gỡ khó khăn vận hành hàng ngày hàng toàn hệ thống tài nguyên nước khu vực kinh tế Nội dung nghiên cứu thời tập trung nỗ lực vào việc ứng dụng mơ hình hóa mơ hình lý thuyết tối ưu hóa động tính tốn số cho toán phân bổ nước số hệ thống tài nguyên điển hình khu vực hệ thống sơng Hồng-Thái bình Nhóm nghiên cứu chọn số hệ thống điển sau Do hệ thống sơng Hồng - Thái Bình khơng thể tách rời mặt thuỷ văn thuỷ lực Vì nghiên cứu tập trung nghiên cứu vào hai hệ thống là: Hồ núi Cốc thuộc nhánh sơng Thái Bình hệ thống Lơ Gâm thuộc nhánh sơng Hồng Hệ thống Lơ Gâm điển hình cho vùng thượng lưu sông Hồng Đây hệ thống liên hồ phức tạp gồm ba sông, hai hồ Hệ thống sông Nhuệ - nơi lựa chọn nghiên cứu ảnh hưởng tác động ô nhiễm- hạ lưu hệ thống sơng Hồng Nhóm nghiên cứu lựa chọn ba hệ thống điển hình hệ thống Núi cốc - Cụ thể, nghiên cứu thời sẽ: mơ hình hóa tính tốn đánh giá thiệt hại mơi trường hệ thống sơng Nhuệ theo mơ hình tối ưu động; mơ hình hóa tính tốn kịch khác phân bổ nước cho sử dụng khác cho hệ thống sông Hệ thống Núi cốc (sông Công hệ thống sơng Thái bình), Hệ thống sơng Lơ-Gâm-Chảy Hệ thống sơng Hồng Các kịch điển lựa chọn phân bổ nước cho sử dụng tưới chăn nuôi cá du lịch sử dụng khác áp dụng cho Hệ thống Núi cốc, nơi mà nhà lãnh đạo địa phương quan tâm tới sử dụng nước cho phát triển kinh tế Các kịch tối ưu hóa động cho phân bổ nước hệ thống đa-hồ chứa áp dụng cho Hệ thống LôGâm-Chảy, nơi mà quy mô kết hợp theo khơng gian đóng vai trị quan trọng, nhiên, tiềm phát triển chưa đạt quy mô đáng mong muốn Tuy nhiên, nguồn lực thời gian quy mô nghiên cứu đề tài thời cịn chưa đủ để phát triển chi tiết thêm, mặc dù, bản, cấu trúc việc mơ hình hóa ra, kết cấu chương trình quy hoạch động chạy thử thành cơng, số liệu thực tế quy mô hệ thống nguồn nước trung bình (như Hệ thống Núi cốc) sử dụng hợp lý Kết nghiên cứu thời cho thấy, hỗ trợ để tiếp tục phát triển, nhóm nghiên cứu hồn tồn bảo đảm chạy chương trình tối ưu hóa động cho hệ thống khác toàn Hệ thống sơng Hồng-Thái bình phát triển tiếp cho hệ thống tài nguyên nước quan trọng khác Hệ thống sông Đồng nai, Hệ thống đồng sông Mê Kông PHẦN 1: TỔNG QUAN 1.1 KINH TẾ TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN 1.1.1 Đặt vấn đề Từ năm cuối thập kỷ 70 kỷ 20, chuyên ngành kinh tế hình thành phát triển khơng ngừng tận ngày Đó chuyên ngành Kinh tế Tài nguyên Thiên nhiên Môi trường (KTTNMT) Thoạt tiên, KTTNMT xuất từ mối quan tâm tài nguyên cạn kiệt dầu mỏ, than đá tài nguyên hóa thạch khác, sau phạm vi quan tâm mở rộng cho nhiều lĩnh vực khác, tài nguyên tái tạo, có tài nguyên nước Mối băn khoăn nhà KTTNMT với khối lượng tài nguyên thiên nhiên cố định mà thiên nhiên ban tặng, kinh tế tồn cầu nói chung phải phát triển để trì mức tiêu dùng vĩnh cửu? Đây câu hỏi thực tế nan giải Trong số ba nhân tố sản xuất kinh tế Vốn, Lao động Tài nguyên Thiên nhiên, Tài nguyên Thiên nhiên thực đầu vào cho từ bên ngồi, tức khơng phải người tạo Vì vậy, người khó can thiệp vào q trình tạo nhân tố sản xuất Nhìn chung, có hai giải pháp cho giải vấn đề cạn kiệt nhân tố sản xuất Tài nguyên Thiên nhiên Thứ giải pháp trông chờ vào phát triển khoa học công nghệ, giải pháp thứ hai giải pháp kinh tế Nhiều nhà nghiên cứu đánh giá khả cứu cánh thông qua đường phát triển tiến khoa học kỹ thuật để tiết kiệm, để phục hồi tái chế tìm kiếm tài nguyên thiên nhiên phục vụ sản xuất Tuy nhiên, nhìn cách tổng quát, thực tế nay, trình độ khoa học cơng nghệ, có nhiều tiến vượt bậc, chưa thể đóng vai trị đáng kể việc cung cấp nguồn tài nguyên thay cho khối lượng không lồ tài nguyên truyền thống mà kinh tế thường sử dụng Một tiếp cận thay cần được xem xét tiếp cận kinh tế Nói cách nơm na, tiếp cận kinh tế tiếp cận tìm kiếm cách đánh đổi tài nguyên thiên nhiên bị cạn kiệt đầu vào sản xuất khác tài nguyên thiên nhiên truyền thống Nhân số sản xuất mà nhà kinh tế ý tới, dĩ nhiên, đầu vào vốn, vốn nhân tố sản xuất người chủ động tạo q trình có tên gọi q trình hình thành tích lũy vốn Bên cạnh tiếp cận truyền thống toán đánh đổi tài nguyên thiên nhiên vốn, nhà kinh tế trọng tới đánh đổi tài nguyên thiên nhiên lao động Khái niệm lao động tổng quát hóa theo hướng nguồn nhân lực, tức đánh giá khả lao động theo kiến thức kỹ lao động, lao động giản đơn tiếp cận truyền thống Khi “vốn hóa”, lao động khơng cịn lao động giản đơn xác định bên hệ thống kinh tế nữa, mà đại lượng hình thành tích lũy thơng qua q trình nhân tạo đào tạo, giáo dục, bồi dưỡng, nâng cao, … Trong tình đó, vốn-con người hình thành tích lũy hoàn toàn tương tự vốn vật trình hình thành phát triển Vì vậy, cách điển hình, tốn kinh tế tài ngun thiên nhiên, chất toán xem xét đánh đổi nhân tố sản xuất tài nguyên thiên nhiên bị cạn kiệt với nhân tố sản xuất khác (vốn vốncon người) tạo q trình hình thành tích lũy điều khiển người (Trích từ Đào Văn Khiêm, “Chuyên đề KTTNMT”, 2012) Theo tiếp cận khoa học vậy, nhà KTTNMT xây dựng lên chuyên ngành khoa học kinh tế với nhiều đóng góp lý thú hữu ích cho phát triển kinh tế, đặc biệt toán đặc biệt quan trọng liên quan tới vấn đề to lớn vấn đề biến đổi khí hậu tồn cầu 1.1.2 Bài toán tài nguyên cạn kiệt Như nói trên, tốn KTTNMT nói toán xem xét khả thay (khả đánh đổi) nhân tố sản xuất tài nguyên thiên nhiên bị cạn kiệt với nhân tố sản xuất vốn Tuy nhiên, vốn khái niệm kinh tế truyền thống hiểu cách đầy đủ thơng qua q trình hình thành tích lũy vốn Và, q trình nghiên cứu thơng qua mơ hình hình thành tích lũy vốn, kho vốn ( K ) tính tốn thơng qua luồng đầu tư ( I ) khoảng thời gian dài-hạn Q trình mơ tả mơ hình tốn đơn giản dạng rời rạc liên tục sau đây: Dạng rời rạc: K n = I + (1 + r ) I1 + (1 + r ) I + + (1 + r ) I n n (1.1) Dạng liên tục: T K= ∫ I (t ) e ρt dt (1.2) t =0 Bắt đầu từ mô hình hàm sản xuất tiếng, có quan hệ Sản lượng (Q) với Vốn ( K ), Lao động (L), Tài nguyên Thiên nhiên (R) là: Q = Q ( K , L, R ) (1.3) Nhưng Lao động giản đơn không liên hệ tới Tài nguyên thiên nhiên, tiện, xét hàm sản xuất đưới dạng Q = Q ( K, R) (1.4) Khi đó, hệ số đánh giá khả đánh đổi nhân tố sản xuất, cụ thể Vốn Tài nguyên thiên nhiên độ co giãn thay K R: ⎛ d ( K / R) ⎞ ⎜ ⎟ K/R ⎠ σ =⎝ ⎛ d ( QK / QR ) ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ QK / QR ⎠ (1.5) σ độ co giãn thay K R; QK = ∂Q / ∂K sản phẩm cận biên vốn, QR = ∂Q / ∂R sản phẩm cận biên tài nguyên Đây thước đo thay hai nhân tố sản xuất tỷ lệ nghiên cứu đánh giá mô hình KTTNMT Khi đó, tốn khai thác tài ngun thiên nhiên bị cạn kiệt mơ tả mơ hình tốn tối ưu hóa động sau đây: Tối đa phiếm hàm mục tiêu: (1.6) tùy thuộc vào ràng buộc: W phúc lợi xã hội, U hàm tiện ích (utility function), Ct khối lượng tiêu dùng, ρ hệ số chiết khấu, St dự trữ tài nguyên, Rt khối lượng tài nguyên khai thác năm t Để giải toán (1.6), sử dụng Nguyên lý Cực đại Pontragin Kết điều kiện cần sau: (1.7) H C Haminton giá trị tại, Pt giá kinh tế tài nguyên, ωt giá kinh tế vốn, ký hiệu khác nhắc tới từ trước Hai điều kiện đầu (1.7) điều kiện hiệu tĩnh biết từ chương trình kinh tế học bản, cịn hai điều kiện sau hai điều kiện hiệu động, hành vi giá tài nguyên giá vốn thể điều kiện thứ ba thứ tư cách tương ứng Từ kết (1.7), nhà kinh tế kịch ứng xử cho tình cụ thể trình cạn kiệt tài nguyên số tài nguyên quan trọng nhiên liệu hóa thạch số tài nguyên khan khác Một hệ quan trọng kết nghiên cứu nhà KTTNMT mơ hình tài ngun cạn kiệt thể quy tắc có tên gọi Quy tắc Hartwick phát biểu sau: để bảo đảm tiêu dùng không bị giảm xuống khoảng thời gian tương lai vô hạn, cần phải đầu tư tất lợi nhuận tô kinh tế túy từ tài nguyên không tái tạo vào việc sản xuất vốn tái tạo máy móc, nhà xưởng, kiến thức người, … Tuy nhiều giả thiết ngầm phức tạp chưa trình bày đây, quy tắc chứng tỏ lời giải cho khả kéo dài tác động tài nguyên cạn kiệt để bảo đảm cho toán tiêu dùng vơ hạn 1.1.3 Bài tốn tài ngun tái tạo Sự băn khoăn nhà kinh tế tài nguyên thiên nhiên không dừng lại với tài nguyên cạn kiệt Việc mở rộng lĩnh vực nghiên cứu sang tài nguyên phục hồi tài nguyên tái tạo bắt nguồn từ kiện khai thác sử dụng tài nguyên thiên nhiên dẫn tới ô nhiễm môi trường, đặc biệt ô nhiễm mơi trường gắn liền với tượng biến đổi khí hậu Trong hoàn cảnh vậy, tài nguyên có khả phục hồi tái tạo bị tác động dẫn tới hậu hủy hoại nguồn tài nguyên Vấn đề trình bày dạng mơ hình tốn học sau: Cực đại phiếm hàm mục tiêu: 8413 8414 8415 8416 8417 8418 8419 8420 8421 8422 8423 8424 8425 8426 8427 8428 8429 8430 8431 8432 8433 8434 8435 8436 0.0000000 23.37616 -0.3509521E-06 0.0000000 23.37616 -0.1831055E-05 0.0000000 23.37616 -0.4577637E-06 0.2755780E-05 23.37615 -0.2685547E-05 100.4014 42.09862 -0.1617432E-05 137.6263 14.87374 -0.5187988E-06 158.1916 9.308397 -0.3204346E-06 165.6901 1.809897 -0.2685547E-05 0.0000000 0.0000000 0.0000000 0.0000000 0.0000000 0.0000000 0.0000000 0.0000000 0.0000000 -500000.0 0.0000000 500000.0 0.0000000 0.0000000 500000.0 0.0000000 0.0000000 500000.0 0.0000000 0.0000000 500000.0 0.0000000 0.0000000 500000.0 372 PHỤ LỤC 11 MƠ HÌNH CHẠY PHÂN BỔ NƯỚC TỐI ƯU ỨNG VỚI KỊCH BẢN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU HỆ THỐNG TƯỚI NÚI CỐC – THÁI NGUYÊN Phương án 75% ! TUONG UNG VOI 12 THANG TRONG NAM DIEN HINH; MAX=TONG_LOI_ICH; TONG_LOI_ICH = NN + SH; NN = (NN1 + NN2 + NN3 + NN4 + NN5 + NN6 + NN7 + NN8 + NN9 + NN10 + NN11 + NN12)/10^3; SH = SH1+ SH2+ SH3+ SH4+ SH5+ SH6+ SH7+ SH8+ SH9+ SH10+ SH11+ SH12; !********* VU DONG XUAN ***********; A21= 113.015; B21= 865.316; A22= 59.042; B22= 943.531; A23= 62.740; B23= 1055.363; A24= 49.826; B24= 989.005; A31= 113.015; B31= 544.563; A32= 59.042; B32= 547.729; A33= 62.740; B33= 612.648; A34= 49.826; B34= 585.414; A41= 113.015; B41= 430.509; A42= 59.042; B42= 430.007; A43= 62.740; B43= 480.973; A44= 49.826; B44= 468.924; A51= 113.015; B51= 334.130 ; A52= A53= A54= A2 A3 A4 A5 59.042; 62.740; 49.826; =1; =1; =1; =1; NN2 B52= 331.885; B53= 371.221; B54= 373.318; B2 B3 B4 B5 =442; =442; =442; =442; = -0.5*A21*X21^2+B21*X21+ -0.5*A22*X22^2+B22*X22+ -0.5*A23*X23^2+B23*X23+ -0.5*A24*X24^2+B24*X24; NN3 = -0.5*A31*X31^2+ X31*B31+ -0.5*A32*X32^2+ X32*B32+ -0.5*A33*X33^2+ X33*B33+ -0.5*A34*X34^2+ X34*B34; NN4 = -0.5*A41*X41^2+ X41*B41+ -0.5*A42*X42^2+ X42*B42+ -0.5*A43*X43^2+ X43*B43+ -0.5*A44*X44^2+ X44*B44; NN5 = -0.5*A51*X51^2+ X51*B51+ -0.5*A52*X52^2+ X52*B52+ -0.5*A53*X53^2+ X53*B53+ -0.5*A54*X54^2+ X54*B54; SH2 = B2*A2*(1-@EXP(-XSH2/B2)); SH3 = B3*A3*(1-@EXP(-XSH3/B3)); SH4 = B4*A4*(1-@EXP(-XSH4/B4)); SH5 = B5*A5*(1-@EXP(-XSH5/B5)); ! RANG BUOC KHONG VUOT QUA MAX TUOI; 101 X21