Ở nhiều nơi trên thế giới nước đang trở thành một hàng hoá khan hiếm bởi nước là nguồn tài nguyên cung cấp những lợi ích quan trọng cho nhân loại. Bởi vậy cần phải đưa ra các quyết định về bảo tồn và phân bổ nước sao cho tương thích với các mục tiêu xã hội như hiệu quả kinh tế, tính bền vững và công bằng. Tham khảo bài viết Tính toán cầu sử dụng nước phục vụ bài toán phân bổ tài nguyên nước bằng mô hình tối ưu hóa động tại hệ thống núi cốc để hiểu hơn về vấn đề này.
TÍNH TỐN CẦU SỬ DỤNG NƯỚC PHỤC VỤ BÀI TỐN PHÂN BỔ TÀI NGUN NƯỚC BẰNG MƠ HÌNH TỐI ƯU HÓA ĐỘNG TẠI HỆ THỐNG NÚI CỐC Bùi Thị Thu Hòa Đào Văn Khiêm Nguyễn Thị Thu Hà Tóm tắt: Ngày nay, nhiều nơi giới nước trở thành hàng hoá khan nước nguồn tài nguyên cung cấp lợi ích quan trọng cho nhân loại Bởi cần phải đưa định bảo tồn phân bổ nước cho tương thích với mục tiêu xã hội hiệu kinh tế, tính bền vững cơng Phân bổ tài nguyên nước với tiếp cận tối ưu hóa động coi chủ đề bật phân tích kinh tế.Tuy nhiên, để thực tốn phân bổ tài ngun nước cần phải tính cầu sử dụng nước.Trong viết muốn đề cập đến phương pháp tính cầu tính tốn hệ thống điển hình thuộc hệ thống sơng Hồng với mục đích sử dụng nước khác Từ khóa: Mơ hình tối ưu, phương pháp tính cầu nước, phân bổ nguồn nước GIỚI THIỆU Bài tốn kinh tế tài ngun nước, nói riêng toán phân bổ nước cho hoạt động kinh tế khác nhau, đặc trưng hóa hàm mục tiêu có liên quan chặt chẽ tới hàm số phiếm hàm lợi ích nước Các hàm phiếm hàm xây dựng nên dựa hàm cầu sử dụng nước, ví dụ cầu tưới, cầu nước sinh hoạt, cầu sử dụng nước cho phát điện, cầu sử dụng nước cho chăn ni, … Vì vậy, xây dựng hàm cầu nói chung khâu then chốt toán kinh tế, nhận xét nhiều nhà kinh tế, nghiên cứu khơng có phân tích cầu khơng phải nghiên cứu kinh tế Tuy cầu sử dụng nước dạng phong phú, theo tiếp cận truyền thống kinh tế học, cầu nước phân thành hai loại cầu bản: cầu dẫn xuất nước, tức cầu sử dụng nước để sản xuất hàng hóa dịch vụ khác cho tiêu dùng cầu tiêu dùng nước (trực tiếp) người Ví dụ cho kiểu cầu thứ cầu sử dụng nước cho tưới lúa loại trồng khác, cho kiểu cầu thứ hai cầu nước sinh hoạt hộ gia đình Sự phân biệt dựa cách thức phân tích, đánh giá xây dựng chúng Trong nội dung viết này, đề cập tới việc xây dựng đường cầu sử dụng nước 76 cho hai trường hợp điển hình nói Hơn nữa, chúng tơi phân tích việc sử dụng kết để phục vụ xây dựng hàm lợi ích hồn cảnh toán phân bổ tài nguyên nước phương pháp tối ưu hóa động cho số lưu vực sơng nằm hệ thống sơng Hồng-Thái bình, kết tốn cơng bố viết khác I MƠ HÌNH LÝ THUYẾT Cầu tưới nhiều nhà kinh tế tưới khắp nơi giới nghiên cứu nhiều mơ hình khác đề xuất Dựa tài liệu này, chúng tơi giới thiệu cách tính chúng tơi Đề tài nghiên cứu “Tính tốn giá trị nước” năm 2007 ThS Đào Văn Khiêm xuất phát từ tiếp cận giá trị phần dư Robert Young, 2005 Tuy nhiên, để sử dụng mơ hình quy hoạch động cho 12 giai đoạn (12 tháng) năm thủy văn điển hình, cần phát triển xây dựng hàm cầu tưới cho tháng năm Công việc tiến hành sau I.1 Cầu tưới I.1.1 Cầu tưới theo mùa vụ Dựa vào sở tính cầu tưới báo Đào Văn Khiêm “Tính tốn cầu giá trị kinh tế nước tưới”, Tạp chí khoa học kỹ thuật KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MƠI TRƯỜNG - SỐ 39 (12/2012) Thủy lợi Mơi trường Trường Đại học Thủy lợi Số 26, tháng 9-2009, xây dựng đường cầu tưới cho lúa theo vụ biết số liệu diện tích khu tưới, suất lúa, mưa hiệu quả,… Về mặt lý thuyết, cầu tưới áp dụng cho nhiều dạng hàm số khác Trong thực hành, chuyên gia kinh tế tưới thường sử dụng số dạng phổ biến là: Cầu tuyến tính, Cầu đa thức bậc hai, Cầu phi-tuyến (dạng hàm e mũ), Cầu dựa vào hàm sinh trưởng (hàm hậu cần), … Sử dụng dạng tuyến tính cho phép đơn giản hóa tính tốn, kết hợp vào hàm lợi ích hệ thống sử dụng nước nói chung, dạng bảo đảm nghiệm cho tốn tối ưu Tuy nhiên, chuyên gia kinh tế tưới Mỹ, từ thực nghiệm tính tốn cầu sử dụng nước, khuyến cáo sử dụng hàm cầu dạng emũ ( P A.e X / B , P giá, X khối lượng) cho sử dụng nước nói chung Trong ứng dụng cho mơ hình tối ưu hóa động tốn phân bổ nước hệ thống tài nguyên nước, sử dụng dạng tuyến tính dạng phi-tuyến bậc hai hàm e-mũ Tuy nhiên, sử dụng cầu tuyến tính giảm khối lượng tính tốn I.1.2 Cầu tưới theo tháng Để tiện cho tính tốn toán phân bổ nước hệ thống tài nguyên nước, công việc thiết yếu phải tách đường cầu theo vụ mùa thành đường cầu theo tháng Chúng đề xuất biện pháp tương đối đơn giản tiện cho thực hành dựa vào số nguyên tắc là: (i) tổng đường cầu tạo thành sau tách theo tháng phải đường cầu theo vụ mùa theo quy tắc tiếng “cộng cầu theo chiều ngang” kinh tế học vi mô; (ii) đường cầu tạo thành phải phù hợp với tầm quan trọng của nước tưới cho trồng giai đoạn tăng trưởng theo hàm tăng trưởng sinh học trồng; (iii) đơn giản, “chặt” đường cầu thành đoạn gán đoạn cho tháng khác trình sinh trưởng trồng Quá trình tách đường cầu theo vụ mùa thành đường cầu theo tháng thể thơng qua tính tốn ứng dụng cho xác định cầu tưới theo tháng cho lúa trình bày phần ứng dụng phía sau viết II.2 Cầu nước sinh hoạt Cầu nước sinh hoạt hộ gia đình đề cập nhiều viết chuyên ngành kinh tế tài nguyên nước Tuy nhiên, nhận thấy đa số viết rơi vào hai kiểu mô hình Kiểu thứ sử dụng CVM (Contigent Valuation Method) cổ điển, nhiên, phương pháp thích hợp với khu vực nơng thơn, nơi mà thiết bị đo nước định giá không thiết lập cách chặt chẽ Đối với khu vực thành thị, dịch vụ cung cấp nước sinh hoạt thiết lập chặt chẽ, định giá thể dạng “giá-bậc-thang”, chuyên gia thường phải sử dụng đến cơng cụ kinh tế lượng thích hợp với mẫu lớn hồi quy ML (Maximum Likelihood) GMM (Generalized Method of Moments) để tính tốn Đối với điều kiện Việt nam, việc thu thập khối lượng số liệu quan sát lớn để áp dụng phương pháp ML GMM cho cung cấp nước thị gặp nhiều khó khăn Một số nguyên nhân quan trọng là; số thành viên hộ gia đình thường khơng xác, khu đơi thị bình dân; thái độ hợp tác hộ gia đình điều tra sử dụng nước khơng thuận lợi; kinh phí điều tra có hạn khối lượng điều tra phải lớn (hàng trăm hàng ngàn hộ gia đình);… Vì vậy, đề xuất phương pháp tận dụng ưu điểm CVM bảo đảm chất lượng điều kiện cung cấp nước đô thị Nội dung phương pháp lấy mẫu ngẫu nhiên điều tra cấu phần sử dụng nước (như nước ăn uống, nước tắm giặt, nước cho toilet, …) tổng lượng sử dụng nước sinh hoạt cho hộ gia đình tháng, sau tìm cách so sánh cấu phần theo mức giá thị trường Cuối cùng, dựa mẫu điều tra, tiến hành hồi quy để nhận kết đường cầu Trong thực hành, KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 39 (12/2012) 77 kinh nghiệm cho thấy điều làm giản tiện cách sử dụng cách tính cầu e-mũ cho sử dụng nước sinh hoạt nhà kinh tế Mỹ đề xuất từ kinh nghiệm thực hành kinh tế nước họ Mục đích xem xét điển hình cho khu tưới, để có quan sát dễ dàng kiểm soát suất, giá bán, nhân tố sản xuất chi phí sản xuất, kể tiền thuê đất nông nghiệp, đặc điểm thấm, ngấm, bốc khác Dựa vào phương pháp tính cầu từ II ỨNG DỤNG viết Đào Văn Khiêm (2007) nói trên, ta II.1 Tính tốn cầu tưới Trong mục này, chúng tơi trình bày cách tính tính đường cầu Dưới dạng cầu tưới theo tháng cho lúa điều kiện tuyến tính, đồ thị biểu diễn sản xuất nông nghiệp khu vực cung cấp Hình 1(a) sau Ví dụ, cầu tưới vụ Đơng nước Hệ thống Núi cốc, tỉnh Thái nguyên Xuân cho vùng sản xuất nông nghiệp p Ax B (1), p giá đo Các bước tính trình bày sau: Bước 1: Tính cầu tưới cho điển hình VNĐ, x lượng nước tưới tính m3 Hình Bước 2: Điều chỉnh cầu sử dụng nước cho toàn khu tưới Trước hết, chuyển đổi đơn vị P thành triệu VNĐ, X triệu m3 Biến đổi tương đương với việc đổi hệ trục tọa độ sau: X tr m x m3 106 P(tr VND) p (VND).10 x X /10 p P /10 Thay vào phương trình hàm cầu (1) ta có cầu tưới tính theo đơn vị triệu VNĐ triệu m3 Cụ thể (1) P /106 AX /106 B hay P AX B.106 (2) Sau đó, ta chuyển sang phương trình cầu cho tồn khu tưới Giả sử khu tưới có tổng diện tích n (ha) Đường cầu cho tồn khu tưới phải đường có diện tích nằm bên có giá trị n lần diện tích nằm bên đường cầu (2), B.10 tức n có giao điểm với trục 2A B.106 hoành n Từ suy đường cầu A tồn khu tưới có phương trình là: 78 P A nX B.106 (3) Bước 3: Điều chỉnh theo thất thoát từ đầu mối tới khu tưới Giả sử hệ số thất thoát Khi phương trình chuyển hệ tọa độ để bảo tồn đóng góp ròng nước tưới, có dạng sau (tức diện tích đường cầu phải cố định): X Dau moi X Khu tuoi / 1 PDau moi PKhu tuoi 1 X Khu tuoi 1 X Dau moi PKhu tuoi PDau moi / 1 Xem thêm Hình 1(b) Thay vào (3) ta có: PDau moi / 1 A / n1 X Dau moi B.106 (4) Bước 4: Tách đường cầu tưới theo vụ mùa thành đường cầu tưới theo tháng Để tương thích với tính tốn thủy văn điều tiết tưới, cần biến đổi cầu sử dụng nước theo vụ mùa cầu theo tháng Có nhiều cách để làm điều này, nhiên, nội dung viết này, chúng tơi trình bày cách đơn giản để tách cầu sau: Chia đường cầu thành bốn giai đoạn tương KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 39 (12/2012) ứng với khối lượng nước ứng với bốn giai Hình 2(a) Sau xếp trật tự ưu tiên, chúng đoạn trồng lúa: làm đất, đẻ nhánh, làm đòng ta thực dịch chuyển hệ tọa độ cho giai thu hoạch theo trật tự ưu tiên tầm quan trọng đoạn tưới ứng với giai đoạn sinh trưởng của nước với trồng làm đòng, làm đất, đẻ lúa, ví dụ tháng Ba, minh nhánh thu hoạch, minh họa họa Hình 2(b) Hình Bước 5: Điều chỉnh mưa hiệu Bước cuối phải trừ lượng mưa hiệu tháng khối lượng nước cần cung cấp cho lúa Một điểm cần ý vụ khác nhau, cần phải loại bỏ mưa hiệu cách thích hợp Trong trường hợp phân tích đây, chúng tơi loại bỏ theo mức ảnh hưởng mưa hiệu cho vụ Ví dụ, vụ Đơng Xn, tưới chủ động, nên vai trò mưa hiệu thấp, cần xếp phía sau đồ thị hàm cầu [xem Hình 2(a)], vụ Hè Thu ngược lại Tóm lại: Tồn thủ tục cần thực cho toàn khu tưới ứng với mùa vụ cho năm để sử dụng mơ hình phân bổ nước II.2 Tính tốn cầu nước sinh hoạt Phân tích sử dụng nước sinh hoạt đề cập tới Đề tài nghiên cứu cấp Đào Văn Khiêm (2009), đường cầu nước sinh hoạt nơng thơn tính tốn dựa sở phương pháp CVM đường cầu nước đồ thị tính dựa phương pháp ML nói phần đầu viết Tuy nhiên, khó khăn số liệu, chúng tơi phải tính tốn đường cầu nước sinh hoạt đồ thị dựa phân tích đơn giản dựa vào phương pháp CVM Để áp dụng phương pháp này, phân tích khối lượng sử dụng nước sinh hoạt hộ gia đình thành phố thành cấu phần đặt theo thứ tự ưu tiên người tiêu dùng sau: (i) Nước uống nấu ăn (6%), (ii) Nước tắm (30%); (iii) Nước giặt giũ rửa ráy (18%); (iv) Nước cho toilet (32%); (v) Nước cho mục đích khác (14%) Về mặt giá trị, hộ gia đình sẵn sàng chi trả lượng tiền khác cho loại nước giành cho mục đích khác nói Ví dụ, người tiêu dùng sẵn sàng toán cho nước uốn nấu ăn tới mức giá 1,8 triệu VNĐ/ m3 , nước sử dụng cho toilet, người tiêu dùng sẵn sàng tận dụng nguồn nước có chất lượng nhiều, ví dụ nước từ bể chứa nước mưa, với giá trị thấp Việc tính tốn đường cầu nước sinh hoạt dựa ý muốn toán ( WTP _ Willingness To Pay) người tiêu dùng mức khối lượng nước tương ứng với sử dụng nước sinh hoạt khác thực cách tương đối dễ dàng nhờ phương pháp CVM thông qua điều tra vấn hộ gia đình với giúp đỡ phương pháp lấy mẫu ngẫu nhiên Tuy nhiên, dựa vào nghiên cứu chuyên gia kinh tế nước Hoa kỳ, áp dụng dạng hàm cầu e-mũ ( P Ae X / B , với P giá, X khối lượng nước) Các kết tính tốn cho cầu nước sinh hoạt Hệ thống Núi cốc cho Bảng kết phần sau KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 39 (12/2012) 79 III KẾT QUẢ III.1- Bảng tính cầu nước sinh hoạt – thành phố Thái Nguyên Theo điều tra phương pháp CVM ý muốn toán hộ sử dụng nước điều kiện khơng có nước hộ dân phải mua nước bình để phục vụ cho mục đích nấu ăn uống với giá 1.842 đồng/lít Nhu cầu sử dụng trung bình hộ gia đình tiêu thụ 16 m3 /tháng Từ sở đó, nhóm nghiên cứu xây dựng đường cầu sinh hoạt theo tháng thành phố Thái nguyên bảng với dạng hàm cầu nước sinh hoạt P Ae X / B theo bảng (sau có tính thất đường ống 15%) Bảng 1- Tổng hợp phương trình đường cầu nước sinh hoạt/tháng Tháng Tháng Tháng Tháng Tháng Tháng Tháng Tháng Tháng Tháng Tháng 10 Tháng 11 Tháng 12 A 2.76 2.82 2.73 2.67 2.64 2.62 2.65 2.73 3.06 3.34 3.11 2.77 B 0.166 0.158 0.170 0.181 0.187 0.191 0.184 0.171 0.132 0.113 0.128 0.164 III.2- Bảng tính cầu nước tưới – tháng- hệ thống Núi Cốc – Thái nguyên y Ax B Bảng (a) – Tổng hợp phương trình đường cầu tháng 1, 2, _ hệ thống Núi Cốc TỔNG HỢP ĐƯỜNG CẦU KÊNH CHÍNH KÊNH ĐƠNG KÊNH GIỮA KÊNH TÂY THÁNG A B 755.769 1814.039 424.108 1925.511 367.704 2099.543 214.319 1324.434 THÁNG A B 127.968 652.384 69.623 710.018 68.519 791.945 56.372 739.163 THÁNG A B 127.968 652.149 69.623 709.890 68.519 791.819 56.372 739.060 Bảng (b) – Tổng hợp phương trình đường cầu tháng 4, 5, _ hệ thống Núi Cốc TỔNG HỢP ĐƯỜNG CẦU KÊNH CHÍNH KÊNH ĐƠNG KÊNH GIỮA KÊNH TÂY THÁNG A 127.968 69.623 68.519 56.372 THÁNG B 652.723 710.203 792.126 739.313 A 127.968 69.623 68.519 56.372 THÁNG B 652.004 709.812 791.741 738.996 A 47.958 23.780 23.227 18.885 B 98.997 96.834 110.379 103.038 Bảng – Tổng hợp phương trình đường cầu tháng 7, 8, _ hệ thống Núi Cốc TỔNG HỢP ĐƯỜNG CẦU KÊNH CHÍNH KÊNH ĐƠNG KÊNH GIỮA KÊNH TÂY THÁNG A 47.9577 23.7796 23.2272 18.8845 B 99.2586 96.9695 110.5111 103.1497 THÁNG A 47.9577 23.7796 23.2272 18.8845 B 41.7071 44.4536 50.7035 51.0502 THÁNG A 47.9577 23.7796 23.2272 18.8845 B 88.6775 87.4666 99.7566 93.7789 Bảng – Phương trình đường cầu tháng 10, 11, 12 _ hệ thống Núi Cốc TỔNG HỢP ĐƯỜNG THÁNG 10 THÁNG 11 THÁNG 12 CẦU A B A B A B KÊNH CHÍNH 755.769 1819.491 755.769 1814.606 755.769 1818.663 KÊNH ĐÔNG 424.108 1928.715 424.108 1925.850 424.108 1928.279 KÊNH GIỮA 367.704 2102.321 367.704 2800.484 367.704 2101.942 KÊNH TÂY 214.319 1326.137 214.319 1892.874 214.319 1325.932 80 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 39 (12/2012) IV KẾT LUẬN Việc tính cầu sử dụng nước thực theo cách thức khác để xấp xỉ đường cầu thực Tuy nhiên, để áp dụng cho toán tối ưu cho hệ thống tài nguyên nước lựa chọn xấp xỉ thích hợp với độ xác chấp nhận để tập trung vào nhiệm vụ nghiên cứu chế vận hành tối ưu tồn hệ thống Vì vậy, tiếp cận trình bày nội dung viết có nhiệm vụ để lượng hóa lợi ích đạt hệ thống tài nguyên nước cung cấp nước cho sử dụng khác mà hệ thống đảm trách Việc áp dụng kết tính tốn nhiều kết tính tốn tương tự theo tiếp cận tương tự cách làm áp dụng vào tốn tối ưu hóa tĩnh động cho hệ thống tài nguyên nước khác khuôn khổ Đề tài nghiên cứu tiềm KC-08 Kết tốn trình bày viết khác Tài liệu tham khảo F Arbues, M.A Garcia-Valinas, R Martinez-Espineira, Estimation of Residential Water Demand: A state of the art review, Journal of Socio-Economics, 32(2003): 81-102 Barrett, J.W Hugh, Gaylord V Skogerboe “Crop Production Functions and the Allocation and Use of Irrigation Water” Agricultural Water Management 3(1980):53-64 Golden B.B., J.M Peterson “Evaluation of Water Conservation from More Efficient Irrigation Systems” Staff Paper 06-03 Department of Agricultural Economics, Kansas State University, June 2006 Khiêm Đào Văn Phương pháp luận đo lường giá trị tài nguyên nước tưới Tạp chí Thủy lợi Mơi trường, Số 15, 11-2006 Khiêm Đào Văn Tính tốn cầu giá trị kinh tế nước tưới Tạp chí Thủy lợi Môi trường, Số 26, 09-2009 Khiêm Đào Văn Áp dụng phương pháp CVM để ước lượng WTP hộ gia đình cho sử dụng nước sinh hoạt nơng thơn Lưu vực sơng Hồng Tạp chí Thủy lợi Môi trường, Số 32, 3-2012 Abstract EVALUATION OF WATER DEMAND SERVING IMPLEMENTATION DYNAMIC OPTIMIZATION APPROACH TO WATER RESOURCES ALLOCATION IN NUI COC HYDROSYSTEM Today optimal water allocation problems have came to be a central issues in water resources planning and management in all over the world To solve them, it is neccessary to evaluate various types of utility functions of different water uses, so that the first step inevitably is to valuate different values of water uses such as irrigation, residential water, Very often, water economists are starting by trying to determine appropriate demands for water uses The resulting accuracies obained depend much on the relevant context of the problems Our objectives in this paper are getting most appropriate demand curves for implementation of the optimal approach to the water allocations of a water resources system in Red and Thaibinh River System Key words: Optimal model, water demand method, water resources allocation Người phản biện: TS Trần Quốc Hưng KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 39 (12/2012) BBT nhận bài: 10/12/2012 Phản biện xong: 18/12/2012 81 ... sử dụng nước nói chung Trong ứng dụng cho mơ hình tối ưu hóa động toán phân bổ nước hệ thống tài nguyên nước, chúng tơi sử dụng dạng tuyến tính dạng phi-tuyến bậc hai hàm e-mũ Tuy nhiên, sử dụng. .. lợi ích hệ thống sử dụng nước nói chung, dạng bảo đảm nghiệm cho toán tối ưu Tuy nhiên, chuyên gia kinh tế tưới Mỹ, từ thực nghiệm tính toán cầu sử dụng nước, khuyến cáo sử dụng hàm cầu dạng... nhiệm vụ nghiên cứu chế vận hành tối ưu toàn hệ thống Vì vậy, tiếp cận trình bày nội dung viết có nhiệm vụ để lượng hóa lợi ích đạt hệ thống tài nguyên nước cung cấp nước cho sử dụng khác mà hệ thống