TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI TỔNG HỢP CÁC CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU Thuộc 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 SÔNG HỒNG” CNĐT: BÙI THỊ THU HOÀ 9779-1 HÀ NỘI – 2012 Đề tài KC08-TN02 “Phát triển mơ hình tối ưu hóa động cho nghiên cứu, phân tích đánh giá kinh tế quy hoạch, quản lý khai thác tài ngun nước Hệ thống sơng Hồng-Thái bình” TỔNG HỢP CÁC CHUYÊN ĐỀ Trang Nghiên cứu tổng quan tình hình phát triển chuyên ngành kinh tế tài nguyên nước giới Xây dựng mơ hình kinh tế lượng để tính tốn giá trị kinh tế mục đích sử dụng nước khác 41 Xây dựng mơ hình tối ưu hóa động khoảng thời gian lập kế hoạch hữu hạn 70 Xây dựng mơ hình tối ưu hóa động khoảng thời gian lập kế hoạch vơ hạn (mơ hình trạng thái ổn đinh) 89 Xây dựng mơ hình quy hoạch động để xấp xỉ mơ hình tối ưu hóa động tình khác 108 131 Báo cáo phương pháp phát triển mơ hình lý thuyết tối ưu hóa động lĩnh vực tài nguyên nước nói chung lưu vực sơng Hồng nói riêng Nghiên cứu mơ hình dự báo phát triển kinh tế dạng mơ hình Leontiev Hệ thống sơng Hồng 165 Xây dựng mơ hình Tối ưu hóa động cho hệ thống điển hình để phản ánh kịch tăng trưởng dân số 191 Xây dựng mơ hình Tối ưu hóa động cho hệ thống điển hình để phản ánh kịch phát triển kinh tế 206 10 11 Xây dựng mơ hình Tối ưu hóa động cho hệ thống điển hình để phản ánh kịch biến đổi khí hậu Mơ hình hóa quản lý lưu vực 302 Chun đề 12 Xây dựng ràng buộc- kinh tế, xã hội, kỹ thuật, mơi trường- cho mơ hình tối ưu hóa động cho Hệ thống sông Hồng Chuyên đề 13 Ứng dụng lập trình LINGO cho tốn quy hoạch 326 14 Hồi quy ước lượng hàm cầu sử dụng nước cho lĩnh vực ( nông nghiệp, điện, sinh hoạt, thị ) 345 15 Xây dựng mơ hình tối ưu hóa động cho phân bổ tài nguyên nước cho kịch tăng trưởng dân số 381 16 Xây dựng mơ hình tối ưu hóa động cho phân bổ tài nguyên nước cho kịch tăng trưởng kinh tế 405 Chun đề 17 Xây dựng mơ hình tối ưu hóa động cho phân bổ tài nguyên nước cho kịch biến đổi khí hậu 439 Chuyên đề 18 Hồi quy ước lượng hàm cầu sử dụng nước ( nông nghiệp, điện, sinh hoạt, đô thị ) 467 19 Mơ hình tối ưu hóa động cho phân bổ tài nguyên nước cho kịch tăng trưởng dân số- kinh tế 484 Chuyên đề Chuyên đề Chuyên đề Chuyên đề Chuyên đề Chuyên đề Chuyên đề Chuyên đề Chuyên đề Chuyên đề Chuyên đề Chuyên đề Chuyên đề Chuyên đề Chuyên đề 232 272 Đề tài KC08-TN02 “Phát triển mơ hình tối ưu hóa động cho nghiên cứu, phân tích đánh giá kinh tế quy hoạch, quản lý khai thác tài nguyên nước Hệ thống sơng Hồng-Thái bình” Chun đề 20 Chun đề 21 Chuyên đề Chuyên đề Chuyên đề 22 23 28 Phân tích tiềm phát triển tiếp cận tối ưu hóa động cho kịch nhiễm mơi trường nước Phân tích tiềm phát triển tiếp cận tối ưu hóa động cho kịch hỗn hợp tài ngun - mơi trườngsinh thái Phân tích tiềm phát triển tiếp cận tối ưu hóa động cho kịch thay đổi thể chế quản lý nước Báo cáo phân tích tiềm phát triển tiếp cận tối ưu hóa động cho kịch khác (ơ nhiễm môi trường, sinh thái, tiến khoa học công nghệ, thay đổi thể chế quản lý) Báo cáo tóm tắt mơ hình tối ưu hóa động cho phân bổ tài nguyên nước cho kịch khác số hệ thống điển hình lưu vực sông Hồng 29 Đề xuất giải pháp sử dụng mơ hình tối ưu hóa động góp phần cải thiện công tác quy hoạch quản lý hệ thống tài nguyên nước lưu vực sông Hồng 24 Chuyên đề 25 Chuyên đề 26 Chuyên đề Chuyên đề Chuyên đề Mơ hình tối ưu hóa động cho phân bổ tài nguyên nước cho kịch bảnbiến đổi khí hậu Mơ hình tối ưu hóa động cho hoạt động cung cấp nước sinh hoạt đô thị hệ thống điển hình lưu vực Mơ hình tối ưu hóa động cho hoạt động cung cấp nước cho sản xuất nơng nghiệp hệ thống điển hình lưu vực Báo cáo mơ hình tối ưu hóa động cho phân bổ tài nguyên nước cho kịch khác số hệ thống điển hình lưu vực sơng Hồng 27 499 522 546 573 624 654 687 722 771 820 Đề tài KC08-TN02 “Phát triển mơ hình tối ưu hóa động cho nghiên cứu, phân tích đánh giá kinh tế quy hoạch, quản lý khai thác tài nguyên nước Hệ thống sơng Hồng-Thái bình” Chun đề 1: Nghiên cứu tổng quan tình hình phát triển chuyên ngành kinh tế tài nguyên nước giới MỤC LỤC CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ TÀI NGUYÊN NƯỚC 1.2 Phân loại phân bổ nguồn nước 1.2.1 Nước mặt .7 1.2.2 Nguồn nước ngầm .8 1.3 Tình hình phát triển tài nguyên nước giới 1.4 Quản lý tài nguyên nước 10 1.4.1 Khái niệm quản lý tài nguyên nước 10 1.4.2 Phát triển bền vững tài nguyên nước .11 1.4.3 Các nguyên tắc phát triển quản lý tài nguyên nước .12 1.4.4 Những nội dung cơng tác quản lý nhà nước tài nguyên nước 12 1.5 Các mức độ qui hoạch tài nguyên nước 13 1.5.1 Qui hoạch nguồn nước sơ (mức độ A) 13 1.5.2 Qui hoạch nguồn nước chinh thức (mức độ B) 15 1.6 Luật pháp tài nguyên nước: .16 CHƯƠNG 19 TỔNG QUAN VỀ TÀI NGUYÊN NƯỚC CÓ LIÊN QUAN ĐẾN SỬ DỤNG ĐẤT 19 2.1 Khái niệm tài nguyên nước ý nghĩa đến kinh tế quốc dân 19 2.1.1 Khái niệm tài nguyên nước 19 2.1.2 Ý nghĩa tài nguyên nước kinh tế quốc dân 20 2.2 Đặc điểm chung tài nguyên nước 21 2.2.1 Tài nguyên nước phân bố không theo không gian thời gian năm nhiều năm 22 2.2.2 Tài nguyên nước mang tất tính chất tượng thuỷ văn 23 2.2.3 Tài nguyên nước vô tận có tính chất tuần hồn 25 2.3 Tính chất hai mặt tài nguyên nước 25 2.3.1 Tác hại tài nguyên nước 26 2.3.1.1.Tác hại lũ lụt 26 2.3.1.2 Tác hại hạn hán .27 2.3.2 Mặt lợi tài nguyên nước 29 2.4 Môi trường tài nguyên nước 30 Đề tài KC08-TN02 “Phát triển mô hình tối ưu hóa động cho nghiên cứu, phân tích đánh giá kinh tế quy hoạch, quản lý khai thác tài nguyên nước Hệ thống sơng Hồng-Thái bình” 2.4.1 Ơ nhiễm mơi trường nước 30 2.4.2 Mơ hình quản lý nhiễm mơi trường mang tính kinh tế thị trường 31 2.4.3 Một số biện pháp nhằm điều chỉnh mức ô nhiễm môi trường 33 2.4.3.1 Tiêu chuẩn môi trường .33 2.4.3.2 Tiền phụ cấp giảm mức ô nhiễm 34 2.4.3.3 Mua Quota ô nhiễm (giấy phép thải) 34 2.4.3.4 Thuế ô nhiễm môi trường 34 2.4.3.5 Tiền phạt ô nhiễm quyền sở hữu môi trường 36 2.4.4 Đánh giá tác động môi trường 36 KẾT LUẬN 40 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Trữ lượng nước trái đất Bảng 1.2 Lượng dịng chảy số sơng lớn Bảng 1.3 Diện tích đất có tưới giới Bảng 2.1 Ảnh hưởng hạn hán đến kinh tế 25 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1: Đường lưu lượng bình quân ngày năm trạm Sông Hồng 22 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT QLTNN: Quản lý tài nguyên thiên nhiên TN Tài nguyên TNN: Tài nguyên nước TNMT Tài nguyên môi trường Đề tài KC08-TN02 “Phát triển mơ hình tối ưu hóa động cho nghiên cứu, phân tích đánh giá kinh tế quy hoạch, quản lý khai thác tài nguyên nước Hệ thống sông Hồng-Thái bình” GIỚI THIỆU Tài nguyên thiên nhiên dần bị khai thác cạn kiệt với phát triển nhanh chóng kinh tế xã hội việc sử dụng lãng phí người Trước thực trạng đáng báo động nay, việc sử dụng khai thác nguồn tài nguyên thiên nhiên nói chung tài nguyên nước nói riêng cần phải quản lý chặt chẽ thấy giá trị mét khối nước đem lại Nhóm nghiên cứu muốn trình bày khái quát tổng quan tình hình phát triển kinh tế tài nguyên nước giới nhằm khái qt hóa cách nhìn góc độ quản lý tài nguyên nước CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ TÀI NGUYÊN NƯỚC 1.1 Sự hình thành nước, thuỷ sinh Nước có khí quyển, mặt đất, tầng nham thạch mặt đất, nước đại dương bao la, biển lục địa, hồ, đầm, nước mạng lưới sông, suối tất dạng nước kể có nguồn gốc từ nước ngầm sâu cấu tạo địa chất trái đất Trong tự nhiên, nước chuyển động liên tục, bất di bất dịch theo vũng tuần hoàn gọi “chu trình thủy văn” thể sơ đồ Đề tài KC08-TN02 “Phát triển mơ hình tối ưu hóa động cho nghiên cứu, phân tích đánh giá kinh tế quy hoạch, quản lý khai thác tài nguyên nước Hệ thống sơng Hồng-Thái bình” Thuỷ tầng chứa nước vỏ trái đất bao gồm đại dương, biển, hồ, ao, sông, băng tuyết, nước ngầm nước không khí, khí Đó tài ngun nước hành tinh (bảng 1.1) Số liệu bảng 1.1 cho thấy đại dương biển chiếm diện tích gần 2,5 lần lục địa, trữ lượng nước - 94% tổng số Bảng 1.1 Trữ lượng nước trái đất Phần thuỷ Diện tích 10 km Khối lượng nước 10 km Tỷ lệ % tổng lượng nước Đại dương 361.300 1.370.323 94,20 Nước ngầm trao đổi 134.800 60.000 4,15 Băng hà 16.227 24.000 1,65 Nước hồ 2.058 280 0,02 82.000 85 0,006 Hơi nước khí 510.000 14 0,001 Nước sông 148.800 12 0,001 Tổng cộng: 510.000 1.454.714 100 Nước tầng thổ nhưỡng Nếu nhìn vào trữ lượng nước thống kê bảng ta xem xét nước nguồn tài nguyên cạn kiệt, nhiên đặc tính vật lý nước (vịng tuần hồn nước) nước xem nguồn tài nguyên có khả tái tạo 1.2 Phân loại phân bổ nguồn nước Từ phân tích cho phép kết luận rằng: tài nguyên nước hành tinh thể thống đánh giá với trữ lượng 1,45 tỷ km3 Tài nguyên nước Đề tài KC08-TN02 “Phát triển mơ hình tối ưu hóa động cho nghiên cứu, phân tích đánh giá kinh tế quy hoạch, quản lý khai thác tài nguyên nước Hệ thống sơng Hồng-Thái bình” phân thành dạng chủ yếu theo vị trí đặc điểm hình thành, khai thác sử dụng nguồn nước mặt đất (nước mặt), nước đất (nước ngầm) nước khí (hơi nước) 1.2.1 Nước mặt Trên phạm vi lục địa trữ lượng nước mặt bao gồm nước băng tuyết địa cực vùng núi cao xứ hàn đới (98,83%), nước hồ (1,15%), nước đầm lầy (0,015%) nước sông (0,005%) Về khối lượng nước băng tuyết chiếm tỷ lệ tuyệt đối lớn (99%), giả thuyết khối băng hà tan thành nước mực nước đại dương dâng lên 66,4m Lượng nước băng tuyết tổng dịng chảy sơng 600 năm Tuy nhiên, thực tế băng hà nằm khu vực giá lạnh vĩnh cửu, nên khả sử dụng chúng hạn chế Ngược lại, nước sông hồ chiếm tỷ lệ nhỏ (≈1,2%), song tham gia vào chương trình tuần hồn vận động tích cực nên chúng có vai trị quan trọng phát triển kinh tế xã hội người Về lượng nước hồ, chưa tính xác, chưa điều tra đầy đủ Sơ ước tính có 2,8 triệu hồ tự nhiên, số 145 hồ có diện tích mặt 100km2 Lượng nước hồ chiếm 95% tổng số, khoảng 56% nước nhạt Hồ nước lớn sâu trái đất hồ Baican (thuộc CHLB Nga) chứa 2.300 km3 nước, với độ sâu tối đa 1.741 m Ngoài số hồ tự nhiên, lục địa xây dung 10.000 hồ chứa nước nhân tạo nhằm giải nhu cầu sử dụng nguồn nước mặt (điều tiết khai thác dòng chảy dòng sơng) Trong tổng số hồ nhân tạo có 30 hồ lớn với dung tích 10 km3 nước hồ Tổng diện tích hữu ích hồ nhân tạo ước tính gần 5.000 km3, phần lãnh thổ châu Âu - 925 km2, châu Phi - 341 km2, Bắc Mỹ - 180 km2, Nam Mỹ - 1.332 km2 châu Úc km2 Nước đầm lầy với diện tích 2.682 km2 ước tính dung tích khoảng 11.470 km3 Nước sơng ln vận động tuần hồn, nên nhanh chóng phục hồi Nhờ thể tích chứa sơng ước tính 1.200 km2 lượng dịng chảy sơng phong phú nhiều, tăng gấp 34,6 lần, tức từ 1.200 km2 lên 41.520 km3 Điều làm tăng khả ngăng khai thác đáng kể dịng sơng Bảng 1.2 Lượng dịng chảy số sơng lớn Tên sơng Lượng dịng chảy Lưu lượng trung bình Diện tích lưu vực TB năm W (km3) cửa sông (l/s) F (103 km3) Amazôn 693 220.000 7.000 Cônggô 1.350 43.000 3.670 Đề tài KC08-TN02 “Phát triển mơ hình tối ưu hóa động cho nghiên cứu, phân tích đánh giá kinh tế quy hoạch, quản lý khai thác tài ngun nước Hệ thống sơng Hồng-Thái bình” Hằng 1.200 38.000 2.000 Dương Tử 693 22.000 1.940 Baraxmaputra 630 22.000 936 551,3 17.500 810 Mêkông Đặc điểm bật dòng chảy phân bố không đồng theo thời gian không gian (vùng lãnh thổ) Ở số vùng khí hậu hàn đới, ví dụ dải miền trung CHLB Nga dịng chảy hình thành chủ yếu vào mùa xuân thời gian tan băng tuyết Lượng dòng chảy lúc xảy 1-3 tháng, chiếm tới 50-60%, có nơi tới 90 - 95% tổng dòng chảy năm Đối với sông miền cận đông, bắc Xibiri lũ lụt lại xảy vào mùa hè mưa rào với cường độ lớn Trong mùa mưa, dòng chảy chiếm tới 65% tổng lượng dịng chảy năm, lượng dịng chảy mùa đơng nhỏ nhất, khoảng - 10% 1.2.2 Nguồn nước ngầm Phía mặt đất, lớp bên đá, có dạng nước thiên nhiên tạo thành nước ngầm vỏ trái đất, hay gọi tầng thuỷ văn - địa chất Nước ngầm nói cịn gọi nước trọng lực Nước ngầm dạng nước lớp đất bên đá, nước ngầm vỏ trái đất hay gọi nước trọng lực Có loại nước ngầm có áp khơng có áp Về trữ lượng nước ngầm, độ sâu 1000 m có khoảng triệu km3 nước, cịn độ sâu 1.000 đến 6.000m có khoảng triệu km3 nước Nhìn chung nước ngầm nguồn cung cấp nước quan trọng người cho trồng Khi sử dụng nước ngầm cần ý đến độ khống hóa, < g/l dùng cho sinh hoạt tưới tốt 1.3 Tình hình phát triển tài nguyên nước giới Trong lịch sử nhân loại, ý muốn cải tạo dòng nước tự nhiên phát triển vùng nóng khơ hạn, lượng bốc nước vượt lượng mưa năm Những cơng trình để kiểm sốt, tích trữ phân phối dòng nước phát triển nơi có văn minh sớm nhất: Ai Cập, Babylon, Ấn Độ Trung Quốc Ở Ai Cập 4000 năm trước Công nguyên, triều đại vua Mamphis xây dựng đập giữ nước sông Nile Tiếp đến 2000 năm trước Cơng ngun, hồng tử Assyrian đạo hướng dịng nước sơng Nile tưới cho vùng đất sa mạc Ai Cập Ngày mộ chí ơng, người ta cịn ghi dịng chữ "ta buộc dòng nước hùng vĩ Đề tài KC08-TN02 “Phát triển mơ hình tối ưu hóa động cho nghiên cứu, phân tích đánh giá kinh tế quy hoạch, quản lý khai thác tài nguyên nước Hệ thống sơng Hồng-Thái bình” phải chảy theo ý muốn ta dẫn nước làm phì nhiêu vùng đất trước đó, hoang hố khơng có dân cư" Ở Trung Quốc cách 4000 năm, ngưới có kiến thức hoạt động điều khiển dòng nước kênh đào xây dựng dài tới 700 dặm Ở Ấn Độ, trước 20 kỷ, nhiều hồ chứa nước xây dựng để tưới cho lưu vực sông Indus Trong 50 năm qua để thoả mãn nhu cầu nước người, nhiều đập giữ nước quy mô lớn xây dựng Gần phải kể tới hồ nước giới tạo hồ Volta Gana chu vi 300km, hồ Kuriba Zambia chu vi 270km hồ Nasser Ai Cập chu vi 300km Liên Xơ cũ, để kiểm sốt dịng nước phục vụ nhu cầu tổng hợp, phát điện, chống lũ, tưới, chuỗi đập xây dựng Dniep, sông Don, sông Dniester sông Volga Dân số giới tăng nhanh, theo dự báo năm 2000 số vượt tỷ người trái đất Lượng nước cung cấp cho sinh hoạt tính theo đầu người tiêu đánh giá mức sống trình độ phát triển quốc gia Ở Châu Auu năm 1980 lượng nước sử dụng sinh hoạt người 200-250l/ngày, năm 2000 300-360l/ngày Ở Mỹ năm 1980 660l/ngày, đến năm 2000 1000l/ngày Theo điều tra Uỷ ban kinh tế Châu Âu năm 1966, 20 nước tỷ trọng sử dụng nước ngành là: - Nước cho sinh hoạt đô thị chiếm 14% - Nước dùng nông nghiệp 38% - Nước dùng công nghiệp 48% Ở Mỹ, năm 1980 tỷ lệ 7%, 36% 57% Theo tài liệu Liên hiệp quốc năm 1988 diện tích đất nơng nghiệp có tưới giới giới thiệu bảng 1.1 Bảng 1.3 Diện tích đất có tưới giới Diện tích tưới (100 ha) Năm Lục địa 1972 1982 1987 9.125 Châu Âu 25.740 6.952 8.586 135.297 142.301 11.910 Châu 27.161 113.888 Nam Mỹ 11.058 6.032 Bắc Mỹ Trung Mỹ 10.319 21.838 Châu Phi 15.079 16.833 Đề tài KC08-TN02 “Phát triển mơ hình tối ưu hóa động cho nghiên cứu, phân tích đánh giá kinh tế quy hoạch, quản lý khai thác tài nguyên nước Hệ thống sơng Hồng-Thái bình” 29 30 Fisher, F., S Arlosoroff, Z Eckstein, M Haddadin, S Hamati, A Huber-Lee, A Jarrar, A.Jayyousi, U Shamir, and H.Wesseling (2002) Optimal Water Management and Conflict Resolution: The Middle East Water Project Water Resources Research, 10: 1029/2001WR000943 31 Foufoula E et al (1988) "Gradient dynamic programming for stochastic optimal control of multidimensional water resources system," Water Resources Research 24 1345 - 1359 32 Menenti, M., Chamboule, J., Morabito, J., Fornero, K., and Stefanini, L.: 1992, Appraisal and optimization of agricultural water use in large irrigation schemes: I Theory, Water Resour Manag.6(63), 185-199 33 McKinney, D.C., X Cai, M.W Rosegrant, C Ringler and C.A Scott (1999) Modeling water resources management at the basin level: Review and future directions International Water Management Institute, Colombo, Sri Lanka 107 Đề tài KC08-TN02 “Phát triển mơ hình tối ưu hóa động cho nghiên cứu, phân tích đánh giá kinh tế quy hoạch, quản lý khai thác tài nguyên nước Hệ thống sông Hồng-Thái bình” CHUN ĐỀ - Xây dựng mơ hình quy hoạch động để xấp xỉ mơ hình tối ưu hóa động tình khác MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG Error! Bookmark not defined DANH MỤC HÌNH Error! Bookmark not defined 1.1 Khái niệm quy hoạch động Error! Bookmark not defined 1.2 Các bước thực quy hoạch động Error! Bookmark not defined 1.3 Các thao tác tổng quát quy hoạch động Error! Bookmark not defined 1.4 Hạn chế phương pháp quy hoạch động (QHĐ) Error! Bookmark not defined 2.1 Nhiệm vụ quy hoạch quản lý nguồn nước Error! Bookmark not defined 2.2 Các dạng quy hoạch nguồn nước Error! Bookmark not defined 2.2.1 Quy hoạch cấp lưu vực nguồn nước Error! Bookmark not defined 2.2.2 Quy hoạch cấp tiểu vùng Error! Bookmark not defined ỨNG DỤNG QUY HOẠCH ĐỘNG VÀO BÀI TOÁN QUY HOẠCH TÀI NGUYÊN NƯỚC TRONG CÁC TÌNH HUỐNG KHÁC NHAU Error! Bookmark not defined 3.1 Nguyên tắc thiết lập toán quy hoạch tài nguyên nước Error! Bookmark not defined 3.2 Xây dựng toán quy hoạch động tài nguyên nước tưới Error! Bookmark not defined 3.2.1 Nghiên cứu động học bất định Error! Bookmark not defined 3.2.2 Lợi ích tưới Error! Bookmark not defined KẾT LUẬN Error! Bookmark not defined TÀI LIỆU THAM KHẢO Error! Bookmark not defined DANH MỤC BẢNG Bảng Bảng giá trị kinh tế tưới đem lại cho 1ha lúa chiêm Bảng Bảng tính ước lượng đường cầu nước thuỷ sản Bảng Giá trị kinh tế sản lượng thủy sản Hình Áp dụng tính cầu tưới hệ thống La khê 108 Đề tài KC08-TN02 “Phát triển mơ hình tối ưu hóa động cho nghiên cứu, phân tích đánh giá kinh tế quy hoạch, quản lý khai thác tài nguyên nước Hệ thống sơng Hồng-Thái bình” Hình Đánh giá thiệt hại trung bình năm hộ Mục tiêu chun đề: Xây dựng mơ hình quy hoạch động để xấp xỉ mơ hình tối ưu hóa động phân bố tối ưu nguồn nước lưu vực sông Hồng tình khác Phương pháp: Phương pháp xây dựng mơ hình quy hoạch động phân bố tối ưu nguồn nước lưu vực sông Hồng tình khác với hàm lợi ích chi phí hàm lợi ích cấu trúc từ hàm cầu nước đầu người- hàm cầu chuyển thành hàm cầu gộp phản ánh cầu nước phụ thuộc vào thời gian, chi phí tính tổng chi phí xây dựng, quản lý khai thác hàng năm hệ thống Giới thiệu: Hệ thống sông Hồng hệ thống sông lớn thứ hai nước ta, sau hệ thống sông Mê Kông Nhưng xét phần diện tích lưu vực lượng dòng chảy sinh lãnh thổ nước ta xếp hàng đầu Địa hình lưu vực thấp dần theo hướng tây bắc-đông nam, độ cao đường phân nước (ranh giới lưu vực) xung quanh hệ thống sông khoảng 2000-3000 m lãnh thổ Trung Quốc 1000-2000 m Việt Nam Địa hình đồi núi chiếm phần lớn lưu vực với độ cao trung bình 1090 m Phần phía tây lưu vực nằm lãnh thổ nước ta giới hạn khối núi biên giới Việt-Lào với đỉnh núi cao 1800 m Pu-đen-đinh (1886 m), Pu-sam-sao (1987m), phía bắc có dãy núi Pu-si-lung (3076 m) nằm biên giới Việt-Trung, phía đơng giới hạn cánh cung Ngân Sơn - Yên Lạc với núi cao 1500 m đỉnh Phia Bioc cao 1576 m Trung thượng lưu hệ thống sông khối núi cao nguyên Đáng kể dãy Hoàng Liên Sơn kéo dài 180km từ biên giới Việt-Trung đến Vạn Yên với đỉnh Phan-xi-păng cao 3143 m, Pu Lng 2985 m Đó đường phân nước sông Đà sông Thao Dãy núi Con Voi chạy gần song song với sông Thao, đường phân nước sông Thao với sông Lô Các cao nguyên đá vơi kể đến cao ngun: Ta Phìn, Sín Chải, Sơn La, Mộc Châu lưu vực sông Đà, cao nguyên Bắc Hà, Quản Bạ, Đồng Văn lưu vực sông Lô Xen kẽ cao nguyên, đồi núi thung lũng, bồn địa phẳng bồn địa Nghĩa Lộ, Quang Huy Vùng trung du đặc trưng địa hình đồi dạng bát úp với độ cao 50-100 m Hạ lưu sơng Hồng kết hợp với hạ lưu sơng Thái Bình tạo thành đồng sơng Hồng-sơng Thái Bình Như vậy, đồng sơng Hồng-Thái Bình (đồng châu thổ Bắc Bộ) phù sa hệ thống sông Hồng sơng Thái Bình bồi đắp, địa hình phẳng, nghiêng biển theo hướng tây bắc - đơng nam, trừ số đồi có độ cao thường 10 m Dọc theo triền sơng có đê bao bọc, nên đồng bị chia cắt thành vùng trũng gần bờ biển có cồn cát bãi phù sa 109 Đề tài KC08-TN02 “Phát triển mơ hình tối ưu hóa động cho nghiên cứu, phân tích đánh giá kinh tế quy hoạch, quản lý khai thác tài nguyên nước Hệ thống sơng Hồng-Thái bình” Sơng Thái Bình bắt nguồn từ Việt Nam phía bắc Hà Nội, chảy phía đơng nam cuối đổ Biển Đơng Ở phía nam Hà Nội, sơng Đuống tách từ sơng Hồng nhập vào sơng Thái Bình chảy phía đơng Cảng Hải Phịng tiếng nằm phía bắc cửa sơng Thái Bình Hệ thống sơng Thái Bình sông: Cầu, Thương Lục Nam hợp thành Hệ thống sông nằm khu vực đông bắc Bắc Bộ, phía tây phía bắc giáp lưu vực sơng Hồng, phía đơng giáp hệ thống sơng Kỳ Cùng - Bằng Giang, phía đơng nam giáp lưu vực sơng nhỏ Quảng Ninh phía nam giáp vịnh Bắc Bộ Phần phía tây tây bắc vùng núi cao thuộc cánh cung sông Gâm, Ngân Sơn - Yên Lạc quy tụ dãy núi Tam Đảo với đỉnh Pia-Bioc cao 1576 m, dãy núi Tam Đảo phía tây nam với đỉnh cao 1592m; phần phía bắc đơng bắc vùng núi thuộc cánh cung Bắc Sơn với số đỉnh núi cao 1000 m đỉnh Cốc Xe 1131 m, Khao Kiên 1107 m, phía đơng nam giáp với tỉnh Quảng Ninh dãy núi Yên Tử cao 1068 m Vùng đồi núi thấp phân bố trung lưu sông Cầu, sông Thương sông Lục Nam với độ cao 100-200 m Vùng đồng nằm hạ lưu sơng, địa hình phẳng thấp Nhìn chung, địa hình lưu vực sơng Cầu thấp dần từ bắc xuống nam, lưu vực sơng Thương sơng Lục Nam thấp dần theo hướng đông bắc - tây nam Độ cao trung bình lưu vực sơng Cầu, sơng Thương xấp xỉ (190 m) cịn sơng Lục Nam cao (207m) Kết luận: Hệ thống sơng Hồng – sơng Thái Bình hệ thống sơng quan trọng nước, ảnh hưởng trực tiếp đến khu vực đồng Bắc Bộ có Hà Nội Vì tốn quy hoạch động hệ thống sơng tốn lớn, nhiều biến có tính phức tạp cao, địi hỏi hiểu biết kinh tế - kỹ thuật – xà hội Đồng thời việc quy hoạch sử dụng phương pháp đề xuất quy hoạch tĩnh, hay quy hoạch ngắn hạn Trong phạm vi nghiên cứu này, chúng tơi phân tích khung lý thuyết cho quy hoạch động hệ thống sông Hồng – Thái Bình mà chưa đề cập đến việc ứng dụng vào thực tế điều kiện số liệu khó khăn TỔNG QUAN VỀ QUY HOẠCH ĐỘNG Khái niệm quy hoạch động Phương pháp quy hoạch động nguyên lý tối ưu nhà toán học Mỹ R.Bellman đề xuất vào năm 50 kỷ 20 Phương pháp áp dụng để giải hàng loạt tốn thực tế q trình kỹ thuật cộng nghệ, tổ chức sản xuất, kế hoạch hoá kinh tế… Tuy nhiên cần lưu ý có số toán mà cách giải quy hoạch động tỏ khơng thích hợp 110 Đề tài KC08-TN02 “Phát triển mơ hình tối ưu hóa động cho nghiên cứu, phân tích đánh giá kinh tế quy hoạch, quản lý khai thác tài nguyên nước Hệ thống sơng Hồng-Thái bình” Ngun lý tối ưu R.Bellmam phát biểu sau: “tối ưu bước thứ n cách tối ưu tất đường tiến đến bước n-1 chọn đường có tổng chi phí từ bước đến bước n-1 từ n-1 đến n thấp (nhiều nhất) Trong thực tế, ta thường gặp số toán tối ưu loại sau: Có đại lượng f hình thành q trình gồm nhiều giai đoạn ta quan tâm đến kết cuối giá trị f phải lớn nhỏ nhất, ta gọi chung giá trị tối ưu f Giá trị f phụ thuộc vào đại lượng xuất toán mà giá trị chúng gọi trạng thái hệ thống phụ thuộc vào cách thức đạt giá trị f giai đoạn mà cách tổ chức gọi điều khiển Đại lượng f thường gọi hàm mục tiêu trình đạt giá trị tối ưu f gọi trình điều khiển tối ưu Nguyên lý tối ưu Bellman (cũng gọi nguyên lý Bellman) diễn giải theo cách khác sau: “Với trình điều khiển tối ưu, trạng thái bắt đầu A0, với trạng thái A q trình đó, phần q trình kể từ trạng thái A xem trạng thái bắt đầu tối ưu” Phương pháp tìm điều khiển tối ưu theo nguyên lý Bellman thường gọi quy hoạch động Thuật ngữ nói lên thực chất q trình điều khiển động: Có thể số bước lựa chọn điều khiển tối ưu dường không tốt tựu chung trình lại tốt Ta giải thích ý qua toán sau: Cho dãy N số ngun A1, A2,…,AN Hãy tìm cách xố số số hạng để dãy cịn lại đơn điệu hay nói cách khác chọn số nhiều số hạng cho dãy B gồm số hạng theo trình tự xuất dãy A đơn điệu Quá trình chọn B điều khiển qua N giai đoạn để đạt mục tiêu số lượng số hạng dãy B nhiều nhất, điều khiển giai đoạn i thể việc chọn hay không chọn Ai vào dãy B Giả sử dãy cho 10 Nếu ta chọn 1, 8, 10 chọn số hạng bỏ qua 10 ta chọn số hạng 1, 2, 4, 6, Khi giải toán cách “chia để trị” chuyển việc giải tốn kích thước lớn việc giải nhiều tốn kiểu có kích thước nhỏ thuật tốn thường thể chương trình đệ quy Khi đó, thực tế, nhiều kết trung gian phải tính nhiều lần 111 Đề tài KC08-TN02 “Phát triển mơ hình tối ưu hóa động cho nghiên cứu, phân tích đánh giá kinh tế quy hoạch, quản lý khai thác tài nguyên nước Hệ thống sơng Hồng-Thái bình” Vậy ý tưởng quy hoạch động thật đơn giản: Tránh tính toán lại thứ hai lần, mà lưu giữ kết tìm kiếm vào bảng làm giả thiết cho việc tìm kiếm kết trường hợp sau Chúng ta làm đầy dần giá trị bảng kết trường hợp trước giải Kết cuối kết tốn cần giải Nói cách khác phương pháp quy hoạch động thể sức mạnh nguyên lý chia để trị đến cao độ Quy hoạch động kỹ thuật thiết kế bottom-up (từ lên) Nó bắt đầu với trường hợp nhỏ (thường đơn giải giải ngay) Bằng cách tổ hợp kết có (khơng phải tính lại) trường hợp con, đạt đạt tới kết trường hợp có kích thước lớn dần lên tổng quát hơn, cuối đạt tới lời giải trường hợp tổng quát Trong số trường hợp, giải tốn A, trước hết ta tìm họ tốn A(p) phụ thuộc tham số p (có thể p véc tơ) mà A(p0)=A với p0 trạng thái ban đầu tốn A Sau tìm cách giải họ tốn A(p) với tham số p cách áp dụng nguyên lý tối ưu Bellman Cuối cho p=p0 nhận kết toán A ban đầu Các bước thực quy hoạch động Bước 1: Lập hệ thức Dựa vào nguyên lý tối ưu tìm cách chia trình giải tốn thành giai đoạn, sau tìm hệ thức biểu diễn tương quan định bước xử lý với bước xử lý trước Hoặc tìm cách phân rã tốn thành “bài tốn con” tương tự có kích thước nhỏ hơn, tìm hệ thức nêu quan hệ kết toán kích thước cho với kết “bài tốn con” kiểu có kích thước nhỏ nhằm xây dựng phương trình truy tốn (dạng hàm thủ tục đệ quy) Về cách xây dựng phương trình truy tốn: Ta chia việc giải tốn thành n giai đoạn Mỗi giai đoạn i có trạng thái ban đầu t(i) chịu tác động điều khiển d(i) biến thành trạng thái t(i+1) giai đoạn i+1 (i=1,2,…,n-1) Theo nguyên lý tối ưu Bellman việc tối ưu giai đoạn cuối khơng làm ảnh hưởng đến kết tồn tốn Với trạng thái ban đầu t(n) sau làm giai đoạn n tốt ta có trạng thái ban đầu giai đoạn n-1 t(n-1) tác động điều khiển giai đoạn n-1 d(n-1), tiếp tục xét đến giai đoạn n-1 Sau tối ưu giai đoạn n-1 ta lại có t(n-2) d(n-2) lại tối ưu giai đoạn n-2 … giai đoạn từ n giảm đến tối ưu coi hồn thành tốn Gọi giá trị tối ưu tốn tính đến giai đoạn k Fk giá trị tối ưu tốn tính riêng giai đoạn k Gk Fk = Fk-1 + Gk 112 Đề tài KC08-TN02 “Phát triển mơ hình tối ưu hóa động cho nghiên cứu, phân tích đánh giá kinh tế quy hoạch, quản lý khai thác tài nguyên nước Hệ thống sơng Hồng-Thái bình” Bước 2: Tổ chức liệu chương trình Tổ chức liệu cho đạt yêu cầu sau: Dữ liệu tính tốn dần theo bước Dữ liệu lưu trữ để giảm lượng tính tốn lặp lại Kích thước miền nhớ dành cho lưu trữ liệu nhỏ tốt, kiểu liệu chọn phù hợp, nên chọn đơn giản dễ truy cập Cụ thể: Các giá trị Fk thường lưu trữ bảng (mảng chiều hai, ba, v.v… chiều) Cần lưu ý khởi trị giá trị ban đầu bảng cho thích hợp, kết tốn có kích cỡ nhỏ tốn giải: Dựa vào cơng thức, phương trình truy tốn (*) giá trị có bảng để tìm dần giá trị cịn lại bảng Ngồi cịn cần mảng lưu trữ nghiệm tương ứng với giá trị tối ưu gian đoạn Dựa vào bảng lưu trữ nghiệm bảng giá trị tối ưu giai đoạn xây dựng, tìm kết toán Bước 3: Làm tốt Làm tốt thuật toán cách thu gọn hệ thức (*) giảm kích thước miền nhớ Thường tìm cách dùng mảng chiều thay cho mảng hai chiều giá trị dòng (hoặc cột) mảng hai chiều phụ thuộc dòng (hoặc cột) kề trước Trong số trường hợp thay mảng hai chiều với giá trị phần tử nhận giá trị 0, mảng hai chiều cách dùng kỹ thuật quản lý bit Các thao tác tổng quát quy hoạch động Xây dựng hàm QHĐ Lập bảng lưu lại giá trị hàm Tính giá trị ban đầu bảng Tính giá trị cịn lại theo kích thước tăng dần bảng đạt giá trị tối ưu cần tìm Dùng bảng lưu để truy xuất lời giải tối ưu Hạn chế phương pháp quy hoạch động (QHĐ) Việc tìm cơng thức, phương trình truy tốn tìm cách phân rã tốn nhiều địi hỏi phân tích tổng hợp cơng phu, dễ sai sót, khó nhận thích hợp, 113 Đề tài KC08-TN02 “Phát triển mơ hình tối ưu hóa động cho nghiên cứu, phân tích đánh giá kinh tế quy hoạch, quản lý khai thác tài ngun nước Hệ thống sơng Hồng-Thái bình” địi hỏi nhiều thời gian suy nghĩ Đồng thời khơng phải lúc kết hợp lời giải toán cho kết toán lớn Khi bảng lưu trữ đòi hỏi mảng hai, ba chiều … khó xử lý liệu với kích cỡ chiều lớn hàng trăm Có tốn khơng thể giải quy hoạch động II PHƯƠNG PHÁP TIẾP CẬN QUY HOẠCH ĐỘNG TRONG QUY HOẠCH VÀ QUẢN LÝ NGUỒN NƯỚC Vấn đề quy hoạch quản lý nguồn nước vấn đề phức tạp mà mức độ khai thác người hệ thống nguồn nước mức thấp việc định phương án quy hoạch, điều hành hệ thống cần đến phương pháp truyền thống Người định cần dựa vào số hữu hạn nghiên cứu cụ thể thực số phương án tính tốn khơng phức tạp để định Nhưng đến khai thác can thiệp người vào hệ thống nguồn nước tăng lên, toán hệ thống trở nên phức tạp Người làm định phải giải tốn có dung lượng lớn thông tin Trong hệ thống tồn nhiều mối quan hệ cần phải giải quyết, nhiều mục tiêu khai thác cần phải đề cập đến phương pháp truyền thống tỏ khơng có hiệu Điều địi hỏi phải có phương pháp phân tích đại, với xử lý thơng tin nhanh giúp người định có nhiều hội lựa chọn cho định hợp lý Mơ hình tốn học với phát triển cơng cụ tính tốn nhanh giúp ích cho làm thay đổi chất nghiên cứu hệ thống nguồn nước Đó phương pháp mơ hình quy hoạch động Các tiếp cận với toán quy hoạch quản lý nguồn nước với ứng dụng lý thuyết quy hoạch động đa dạng, có mơ hình mơ coi cơng cụ tính tốn hữu hiệu Nguyên lý tiếp cận bước coi nguyên tắc trình quy hoạch động hệ thống bất định, có hệ thống nguồn nước Khi phân tích quy hoạch động hệ thống nguồn nước cần phải làm rõ nội dung sau: - Hiệu kinh tế phương án quy hoạch động - Hiệu kinh tế - xã hội quy hoạch động - Tác động đến môi trường - Đảm bảo nhu cầu sinh thái - Sự đảm bảo phát triển bền vững 2.1 Nhiệm vụ quy hoạch quản lý nguồn nước 114 Đề tài KC08-TN02 “Phát triển mơ hình tối ưu hóa động cho nghiên cứu, phân tích đánh giá kinh tế quy hoạch, quản lý khai thác tài ngun nước Hệ thống sơng Hồng-Thái bình” Quy hoạch nguồn nước hoạch định chiến lược sử dụng nước cách hợp lý quốc gia, vùng lãnh thổ lưu vực sông, bao gồm chiến lược đầu tư phát triển nguồn nước phương thức quản lý nguồn nước nhằm đáp ứng yêu cầu nước đảm bảo phát triển bền vững Quy hoạch quản lý nguồn nước lĩnh vực khoa học phức tạp Trong thời đại nay, việc khai thác nguồn nước liên quan đảm bảo đầu tư có hiệu mà cịn phải đảm bảo phát triển bền vững Nguồn nước hành tinh ngày cạn kiệt so với phát triển dân số mức độ yêu cầu ngày cao ngành dùng nước số lượng chất lượng Chính vậy, quy hoạch khai thác nguồn nước thường tồn mâu thuẫn: Mẫu thuẫn ngành dùng nước, mâu thuẫn khai thác bảo vệ môi trường, mâu thuẫn sử dụng nước với đảm bảo phát triển bền vững Nếu trước đây, theo quan điểm truyền thống khai thác nguồn nước phải đảm bảo tơi ưu mặt đầu tư, ngày vấn đề phân tích kinh tế tiêu chuẩn đánh giá dự án quy hoạch Khi phải đảm bảo phát triển bền vững trình phát triển nguồn nước vấn đề đặt khơng phải tìm phương án tối ưu mà cần tìm phương án hợp lý - phương án tối ưu kinh tế thỏa mãn yêu cầu phát triển bền vững Nhiệm vụ quy hoạch sử dụng nước thiết lập cân hợp lý với hệ thống nguồn nước theo tiêu chuẩn quy định mục đích khai thác quản lý nguồn nước Một quy hoạch hệ thống nguồn nước gọi hợp lý thỏa mãn yêu cầu khai thác nguồn nước đánh giá “hệ thống tiêu đánh giá” với tiêu chí sau: - Sử dụng nguồn nước hiệu hợp lý - Hiệu đầu tư cao, phương án quy hoạch tối ưu - Đáp ứng yêu cầu bảo vệ môi trường phát triển bền vững tài nguyên nước Lợi dụng tổng hợp tài nguyên nước nguyên tắc cao việc hoạch đinh phương án quy hoạch khai thác tài nguyên nước Nhưng vậy, tồn mâu thuẫn ngành dùng nước mâu thuẫn khai thác bảo vệ mơi trường Tìm kiếm phương án tối ưu quy hoạch giải nhờ áp dụng phương pháp tối ưu hóa Hiện nay, phương pháp tối ưu hóa lĩnh vực quy hoạch nguồn nước áp dụng tương đối phổ biến thể giới dường Việt Nam cịn hạn chế Tuy vậy, khơng phải tốn quy hoạch áp dụng phương pháp tối ưu hóa động Trong trường hợp vậy, phương pháp mô 115 Đề tài KC08-TN02 “Phát triển mơ hình tối ưu hóa động cho nghiên cứu, phân tích đánh giá kinh tế quy hoạch, quản lý khai thác tài nguyên nước Hệ thống sơng Hồng-Thái bình” hiệu việc tìm nghiệm tối ưu Thực phương pháp mơ khơng tìm nghiệm tối ưu mà tìm nghiệm hợp lý 2.2 Các dạng quy hoạch nguồn nước 2.2.1 Quy hoạch cấp lưu vực nguồn nước Quy hoạch nguồn nước cấp lưu vực vạch sách chương trình nước lưu vực sơng nhằm khai thác hiệu hợp lý tài nguyên nước lưu vực Mục đích quy hoạch lưu vực đưa hướng dẫn để đảm bảo sử dụng có hiệu nguồn nước lưu vực nhằm đáp ứng tốt mục tiêu mục đích quốc gia vùng lãnh thổ Quy hoạch lưu vực phải bao gồm tài liệu xác định, lựa chọn kế hoạch thực dự án, quy chế cam kết nước Quy hoạch tổng hợp tất liệu thích hợp có lập thành mơ hình quản lý ngắn hạn dài hạn 2.2.2 Quy hoạch cấp tiểu vùng Quy hoạch nguồn nước cấp tiểu vùng quy hoạch chi tiết cụ thể cho vùng thuộc lưu vực sông phần lãnh thổ nằm phần quy hoạch liên lưu vực Quy hoạch tiểu vùng sở cho việc thiết lập quy hoạch cấp lưu vực xây dựng chương trình phát triển nguồn nước cấp quốc gia Mặt khác quy hoạch cấp lưu vực xây dựng chương trình phát triển nguồn nước cấp quốc gia xác lập quy hoạch vùng tiểu vùng phải thực khuôn khổ quy hoạch lưu vực quy hoạch cấp quốc gia ỨNG DỤNG QUY HOẠCH ĐỘNG VÀO BÀI TỐN QUY HOẠCH TÀI NGUN NƯỚC TRONG CÁC TÌNH HUỐNG KHÁC NHAU 3.1 Nguyên tắc thiết lập toán quy hoạch tài nguyên nước Khi nghiên cứu lập quy hoạch thủy lợi phải tuân theo nguyên tắc sau đây: a) Nghiên cứu toàn diện điều kiện tự nhiên, môi trường kinh tế - xã hội; b) Khai thác sử dụng tổng hợp đôi với bảo vệ nguồn nước, gắn tài nguyên nước với tài ngun rừng, tài ngun đất, khống sản, khí hậu; c) Tiết kiệm, đảm bảo cân bằng, phát triển bền vững tài nguyên nước môi trường; d) Bảo đảm tính kế thừa, phát triển điều kiện hạ tầng sở thủy lợi có; e) Phát triển thủy lợi phải gắn với phát triển kinh tế - xã hội, phát triển nông nghiệp – nông thôn, an ninh trị xã hội, an ninh quốc phịng ngành khác có liên quan giao thơng, du lịch ….; f) Bảo đảm tính thống quy hoạch 3.2 Xây dựng toán quy hoạch động tài nguyên nước tưới 3.2.1 Nghiên cứu động học bất định 116 Đề tài KC08-TN02 “Phát triển mơ hình tối ưu hóa động cho nghiên cứu, phân tích đánh giá kinh tế quy hoạch, quản lý khai thác tài nguyên nước Hệ thống sông Hồng-Thái bình” Một dự án nước lập kế hoạch khơng cho giai đoạn đơn lẻ, mà cho nhiều năm Nghiên cứu động học bao gồm tính tốn lợi ích chi phí tương lai, lựa chọn tỷ lệ chiết khấu thích hợp, tăng trưởng dân số Vì tỷ lệ tăng trưởng dân số cao nhiều quốc gia phát triển, tối ưu lựa chọn công suất nước lớn so với cầu Một nguồn bất định xuất từ dự tính cầu nước tương lai, điều thường khó dự báo cách xác Nễu nhà phát triển giả sử cầu đầu vào nước giữ nguyên sau xây dựng dự án nước, mức cung cấp chọn cao thấp Cầu nước giảm vài nguyên nhân sau xây dựng dự án nước Một nguyên nhân suất mùa vụ vùng có tưới cao so với vùng dựa vào nước mưa, lợi ích cao đơn vị nước làm giảm tổng cầu nước Một nhân tố khác lựa chọn công nghệ tưới Nếu người nơng dân chấp nhận cơng nghệ tưới xác hiệu sử dụng nước, điều làm giảm tổng cầu nước sau hệ thống nước xây dựng Cũng có vài nguyên nhân cho gia tăng tiềm cầu nước Nhiều dự án nước xây dựng quốc gia với tỷ lệ tăng trưởng dân số cao, điều làm tăng cầu nước Các dự án nước hội tạo thành làm tăng di trú tới vùng phát triển Thêm nữa, vùng khơ hạn có khả trồng trọt mùa vụ sau phát triển nước, làm cho gia tăng cầu nước cho sử dụng nông nghiệp Trong hướng dịch chuyển cầu nước đặc trưng cho vị trí, cầu nước tương lai cố định giả thiết, kích thước đập tạo thường không tối ưu Dưới dạng đơn giản nhất, định việc thiết kế dự án nước có liên quan tới việc xây dựng công xuất chuyển tải khối lượng nước xác định, từ nguồn tới đích (xem Chakraorty, Hochman Zilberman, 1995) Ký hiệu W biên nước phân phối giai đoạn chi phí cố định dự án f (W ) Tại giai đoạn t, khối lượng nước sử dụng Wt ≤ W Nước cung cấp lợi ích B (Wt , ε t ) , ε t biến ngẫu nhiên Chi phí hàng năm nước c(Wt ) (nó bao gồm chi phí trực tiếp ngoại ứng) Giả sử thiết kế dự án cho T năm tỷ lệ chiết khấu r , kích thước tối ưu dự án xác định tối đa lợi ích rịng dự kiến chiết khấu, tức max ∫ e − rT E{B (Wt , ε t ) − c(Wt )}dt − f (W ) T tùy thuộc vào ràng buộc Wt ≤ W 117 (1) Đề tài KC08-TN02 “Phát triển mơ hình tối ưu hóa động cho nghiên cứu, phân tích đánh giá kinh tế quy hoạch, quản lý khai thác tài nguyên nước Hệ thống sơng Hồng-Thái bình” Đối với khoảng thời gian làm kế hoạch vô hạn phần tử ngẫu nhiên đồng ε t = ε , sử dụng nước giai đoạn Wt = W toán thiết kế tối ưu rút gọn thành max E [B(W , ε )] − C (W ) − f (W ) r E [B (W , ε )] lợi ích dự kiến giai đoạn N (W ) = E [B (W , ε )] − C (W ) lợi ích dự kiến rịng giai đoạn Cơng suất tối ưu mức lợi ích dự kiến rịng cận biên MB(W ) = ∂N / ∂W với chi phí cận biên cơng suất MC (W ) = ∂f / ∂W nhân với tỷ lệ lãi suất, tức MB(W ) = MC (W ) (2) Có nhiều tài liệu tham khảo tỷ lệ chiết khấu thích hợp cho phát triển dự án, không đề cập điểm (xem Arrow, 1997) Tỷ lệ chiết khấu thấp đặt trọng số lớn lên chi phí lợi ích tương lai (so với chi phí lợi ích tại) so với tỷ lệ chiết khấu Trong trường hợp tỷ lệ chiết khấu trợ cấp, quan tài trợ dự kiến khơng có lãi suất, sử dụng Phương trình (2) dẫn tới việc đầu tư nhiều vào dự án công suất chuyển tải Thất bại việc tính tốn tất chi phí, kể ngoại ứng, dẫn tới kết Sẽ không thiết tối ưu để dự án vận hành với toàn công suất giai đoạn Giả sử nhân tố ngẫu nhiên ε t khơng có phân phối độc lập đồng tất giai đoạn thay vào có trung bình phương sai tăng lên theo thời gian Điều xảy bất định lợi ích lớn cho giai đoạn tương lai Để cho đơn giản, giả sử ε t chuẩn phân phối với trung bình µ phương sai σ t2 lợi ích dự kiến có dạng B (W , ε t ) = aµWt + bW 2σ t2 Lợi ích cận biên cơng suất tăng thêm gia tăng tác động ngẫu nhiên trường hợp thể cho nhiệt độ khoản thu từ công suất lớn cao với xác suất dương biến thiên khí hậu ngày tăng lên Nếu phương sai tăng lên thực theo thời gian, sử dụng nước tối ưu nằm công suất giai đoạn trước đạt tới tồn cơng suất thời điểm t * Bởi vậy, t ≤ t * , Wt < W Wt = W t ≥ t * Phần tử ngẫu nhiên ε t thể hiện tượng tự nhiên ngẫu nhiên, số trường hợp thể cho bất định các tham số then chốt hệ thống 118 Đề tài KC08-TN02 “Phát triển mơ hình tối ưu hóa động cho nghiên cứu, phân tích đánh giá kinh tế quy hoạch, quản lý khai thác tài nguyên nước Hệ thống sơng Hồng-Thái bình” thời điểm thiết kế đập dự án khác thực Giả sử ε t = ε + ηt ε đại lượng ngẫu nhiên thực ηt thể tác động ngẫu nhiên thiếu hiểu biết Thời gian thêm vào cho phép học tập làm giảm hai trung bình phương sai ηt Phân tích chi phí-lợi ích truyền thống xem xét dự án cần xây dựng hay khơng Nó nói giá trị thời dự án dương, cần xây dựng, âm, dự án khơng xây dựng Điều bỏ qua khả thứ ba _ tùy chọn chờ đợi Nếu giá trị mà người đặt lên lợi ích hệ sinh thái bất định, việc chờ đợi xây dựng dự án cho phép tìm hiểu thêm thơng tin lợi ích có thêm hiểu biết Arrow Fisher (1974) Dixit Pindyck (1994) phát triển mơ hình đề xuất trường hợp người làm định xem xét việc trì hỗn định thiết kế dự án tối ưu cho học nhiều thơng tin Họ khơng nhìn vào câu hỏi ‘xây dựng hay khơng xây dựng’, mà họ cịn xem xét tầm quan trọng việc xây dựng Trì hỗn xây dựng dự án hai giai đoạn dẫn tới mát lợi ích giai đoạn dẫn tới khoản lợi tương lai có nhiều thơng tin tính tới Cơng trình cho thấy khoản lợi thu từ việc có thêm thơng tin lớn so với lợi ích bị từ bỏ xây dựng bây giờ, tốt trì hỗn xây dựng dự án Lợi ích thu từ khả khơng thực định coi ‘giá trị tùy chọn’ Nói riêng, trường hợp có bất định khả sinh lợi nước cơng nghệ tính bất định tác động môi trường, giá trị tùy chọn việc chờ đợi cao khoản lợi ích thu đáng kể từ việc trì hỗn Vì điều này, giá trị thời rịng dương phân tích lợi ích-chi phí cần thiết, khơng điều kiện đủ cho xây dựng Zhao Zilberman (1999) mở rộng phân tích để nghiên cứu dự án việc phục hồi tốn khả thi Điều thực tế cho phát triển nguồn nước Các đập rời bỏ khỏi nhiều vị trí khắp nơi giới, mơi trường cư trú tự nhiên phục hồi Họ thấy số trường hợp, tốt xây dựng dự án chí có hội dẫn tới phục hồi tốn tương lai Điều xảy lợi ích dự kiến dự án lớn so với chi phí phục hồi tương lai dự kiến 3.2.2 Lợi ích tưới 119 Đề tài KC08-TN02 “Phát triển mơ hình tối ưu hóa động cho nghiên cứu, phân tích đánh giá kinh tế quy hoạch, quản lý khai thác tài ngun nước Hệ thống sơng Hồng-Thái bình” Đóng góp tưới vào suất nông nghiệp Nước tưới làm tăng an ninh lương thực cải thiện tiêu chuẩn sống nhiều phận giới Trên thực tế, năm đầu 1990, gần 80% trẻ em suy dinh dưỡng sống quốc gia sản xuất thặng dư lương thực, chứng nguyên nhân suy dinh dưỡng thiếu thu nhập đủ hộ gia đình mua lương thực, khơng phải thiếu thơn cung cấp (FAO, 1999 Có số lớn nguyên nhân cho gia tăng sản xuất lương thực, kể vô số giống lương tực cao sản sử dụng phân hóa học ngày gia tăng Tuy nhiên, vai trò phát triển nước việc cung cấp nước tưới cho đất đai mùa vụ đáng kể Các lợi ích bao gồm mở rộng cung cấp lương thực, ổn định hóa cung cấp nước, bảo vệ lương thực, cải thiện phúc lợi số dân cư địa Mở rộng cung cấp lương thực Tưới mở rộng đất đai nơng nghiệp Một lợi ích dự án nước mở rộng sở đất đai cho sản xuất nông nghiệp Nhiều vùng lãnh thổ với chất lượng đất cao có khí hậu Địa trung hải nhận lượng mưa tháng mùa động sử dụng cho sản xuất mùa vụ Đối với vùng diện tích này, phát triển hồ chứa cho phép nước lưu giữ thời gian mưa năm, sau sử dụng cho làm ruộng lượng mưa thấp Các kênh cho phép nước vận chuyển từ vùng nhiều nước tới vùng khô hạn, nơi mà nước sử dụng cho sản xuất mùa vụ Tưới tăng suất mùa vụ Một mẫu đất mùa vụ có tưới có giá trị bội lần so với mẫu đất mùa vụ dựa vào nước mưa Ở mức toàn cầu, 40% lương thực sản xuất vùng đất đai có tưới, khu vực chiếm 17% đất đai canh tác Tưới thâm canh đất đai Một lợi ích khác hồ chứa nước nước lưu giữ sử dụng để tăng gấp đôi mùa vụ cánh đồng Có nhiều vùng diện tích nhiệt đới cận-nhiệt đới ấm có mưa theo mùa cho phần năm, bị khô phần lại năm Khả lưu giữ nước mùa mưa để sử dụng mùa khơ cho phép người nông dân dịch chuyển từ thu hoạch lần năm tới hai ba lần năm Các cải thiện phúc lợi Tưới, hội công ăn việc làm, thu nhập Các hội công ăn việc làm nhiều vùng lãnh thổ tăng lên sau phát triển hệ thống tưới Điều xảy lao động tăng thêm việc trồng trọt thu hoạch cần thiết cho diện tích 120 Đề tài KC08-TN02 “Phát triển mơ hình tối ưu hóa động cho nghiên cứu, phân tích đánh giá kinh tế quy hoạch, quản lý khai thác tài nguyên nước Hệ thống sơng Hồng-Thái bình” đất đai đưa vào sản xuất, cho đất đai thâm canh mùa vụ, cho ngành công nghiệp hỗ trợ sản xuất nông nghiệp Tưới giá trị đất đai Các giá trị đất đai vùng lãnh thổ hàm số tiềm sinh lợi đất đai Phát triển hệ thống tưới cho phép người nông dân tăng trưởng suất cao mùa vụ tại, mùa vụ thương mại sinh lợi Vì điều này, lợi ích cho chủ sở hữu đất phát triển tưới mở rộng Áp dụng tính cầu tưới hệ thống La khê Cầu nước tưới vụ chiêm xuân cho - hệ thống tưới La Khê - Hà Tây 1800 1600 1400 USD/10,000 m3 1200 1000 800 600 400 200 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 10,000 m3 Hình 2- Áp dụng tính cầu tưới hệ thống La khê Bảng GIÁ TRỊ KINH TẾ DO TƯỚI ĐEM LẠI CHO 1HA LÚA CHIÊM Y1 (USD/1000m3) Y2 (USD/1000m3) X1 (10000m3) X2 (10000m3) Diện tích hình thang Diện tích hình tam giác La khê Tổng diện tích (USD) Đóng góp tưới (VND) 336,8 Hệ thống 1.732.080 Tỷ lệ % 100,00% Phần có tưới 1.800,00 660,00 0,14 0,33 233,70 - 233,70 3.926.160 69,39% 660,00 200,00 0,33 0,50 73,10 - 73,10 1.228.080 21,70% 200,00 Phần nước mưa - 0,50 0,80 - 30,00 30,00 504.000 8,91% Ngồi tính tốn cầu sử dụng nước cho nơng nghiệp, mục đích sử dụng nước cịn ni trồng thủy sản Nhóm nghiên cứu với số liệu tính tốn lấy từ mẫu gồm số hồ ni trồng thủy sản hộ gia đình huyện Khoái châu, Hưng yên Các số liệu cho bảng sau Bảng 121 ... km3 Tài nguyên nước Đề tài KC08-TN02 ? ?Phát triển mơ hình tối ưu hóa động cho nghiên cứu, phân tích đánh giá kinh tế quy hoạch, quản lý khai thác tài nguyên nước Hệ thống sơng Hồng- Thái bình” phân. .. trị kinh tế Hình 2.2 sau đây: 48 Đề tài KC08-TN02 ? ?Phát triển mơ hình tối ưu hóa động cho nghiên cứu, phân tích đánh giá kinh tế quy hoạch, quản lý khai thác tài nguyên nước Hệ thống sông Hồng- Thái... điểm chung tài nguyên nước 21 Đề tài KC08-TN02 ? ?Phát triển mơ hình tối ưu hóa động cho nghiên cứu, phân tích đánh giá kinh tế quy hoạch, quản lý khai thác tài nguyên nước Hệ thống sơng Hồng- Thái