Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Áp dụng lý thuyết tối ưu hóa cho bài toán phân bổ hiệu quả tài nguyên nước ở lưu vực sông Hồng-Thái Bình

Chia sẻ: Elysale Elysale | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:28

Thêm vào BST

Báo xấu

23
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu chính của luận án là phát triển các mô hình tối ưu hóa động ngẫu nhiên cho một số hệ thống hồ chứa ở hai tiểu lưu vực thuộc lưu vực sông Hồng – Thái Bình; Sử dụng phần mềm Lingo để tìm lời giải tối ưu và kiểm tra tính ổn định nghiệm; Dựa trên các kết quả để nghiên cứu một số cấu trúc kinh tế của các hệ thống được xét nói trên.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Áp dụng lý thuyết tối ưu hóa cho bài toán phân bổ hiệu quả tài nguyên nước ở lưu vực sông Hồng-Thái Bình

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƢỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI ĐÀO VĂN KHIÊM ÁP DỤNG LÝ THUYẾT TỐI ƢU HÓA CHO BÀI TOÁN PHÂN BỔ HIỆU QUẢ TÀI NGUYÊN NƢỚC Ở LƢU VỰC SÔNG HỒNG -THÁI BÌNH Chuyên ngành: Quy hoạch và quản lý tài nguyên nƣơc Mã số chuyên ngành: 62-62-30-01 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI, NĂM 2017
Công trình đƣợc hoàn thành tại Trƣờng Đại học Thủy lợi Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: GS.TS Nguyễn Quang Kim Phản biện 1: PGS.TS Trần Chí Trung - Viện Khoa học thủy lợi Việt Nam Phản biện 2: PGS.TS Nguyễn Thế Chinh – Viện chiến lƣợc chính sách tài nguyên và môi trƣờng Phản biện 3: PGS.TS Nguyễn Trọng Hà - Trƣờng Đại học Thủy lợi Luận án sẽ đƣợc bảo vệ trƣớc Hội đồng chấm luận án họp tại Trƣờng Đại học Thủy lợi, Hà Nội vào lúc 14 giờ 00 phút ngày 16 tháng 01 năm 2018 Có thể tìm hiểu luận án tại thƣ viện: - Thƣ viện Quốc gia - Thƣ viện Trƣờng Đại học Thủy lợi
MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Ngày nay, vấn đề khan hiếm nƣớc đang diễn ra khắp nơi trên thế giới, quy hoạch và quản lý tài nguyên nƣớc rất cần sử dụng các tiếp cận phân tích kinh tế xã hội trong các mô hình nghiên cứu. Ở tầm thế giới điều này đã đƣợc phản ánh trong tuyên bố Dublin (1992) và hội nghị Thƣợng đỉnh Trái đất tại Rio de janeiro (1992). Ở nƣớc ta, luật Thủy lợi đƣợc ban hành tháng 6 năm 2017 cũng cho thấy khuynh hƣớng kêt hợp các biện pháp kinh tế vào quản lý ngành nƣớc. 2. Mục tiêu nghiên cứu Xây dựng mô hình tối ƣu hóa phục vụ quy hoạch và quản lý nƣớc có tính đến một cách hệ thống các cấu phần kinh tế. Cụ thể lề (i) Áp dụng khung đo lƣờng giá trị và chi phí kinh tế để xây dựng hàm mục tiêu của bài toán phân bổ hiệu quả; (ii) Phát triển các mô hình tối ƣu hóa động ngẫu nhiên cho một số hệ thống hồ chứa ở hai tiểu lƣu vực thuộc lƣu vực sông Hồng – Thái Bình; (iii) Sử dụng phần mềm Lingo để tìm lời giải tối ƣu và kiểm tra tính ổn định nghiệm; (iv) Dựa trên các kết quả để nghiên cứu một số cấu trúc kinh tế của các hệ thống đƣợc xét nói trên. 3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu Đối tƣợng chính của nghiên cứu là các hoạt động cung cấp dịch vụ tƣới và phát điện cùng một số sử dụng nƣớc khác nhƣ nƣớc sinh hoạt, nƣớc công nghiệp trong khoảng thời gian 21 năm cho Núi Cốc và 25 năm cho Sơn La-Hòa Bình 4. Các tiếp cận và phƣơng pháp nghiên cứu - Khung mô hình hóa về mô phỏng và tối ƣu trong quy hoạch và quản lý tài nguyên nƣớc. - Khung phân tích và đánh giá giá trị kinh tế trong phân bổ hiệu quả tài nguyên nƣớc. - Các phƣơng pháp xác suất thống kê kinh tế lƣợng phục vụ bài toán ƣớc lƣợng các đại lƣợng kinh tế. - Phƣơng pháp tối ƣu hóa để xây dựng mô hình phân bổ hiệu quả tài nguyên nƣớc. 1
- Phƣơng pháp kỹ thuật số và áp dụng phần mềm để tìm nghiệm. - Các phƣơng pháp lấy mẫu ngẫu nhiên, điều tra phỏng vấn để lấy ý kiến ngƣời tiêu dùng. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 5.1 Ý nghĩa khoa học: - Phát triển có kế thừa công cụ toán học tối ƣu hóa động ngẫu nhiên cho quy hoạch và quản lý nƣớc tại LVSHTB: Xây dựng mô hình phân bổ nƣớc một cách hiệu quả về mặt kinh tế, tích hợp các cấu phần giá trị và chi phí vào hàm mục tiêu, áp dụng các kỹ thuật tính toán hiện đại để tìm lời giải tối ƣu. - Xây dựng mô hình động cho một số cấu phần của bài toán tối ƣu nhƣ mô hình cầu động, mô hình dòng chảy đến để phục vụ bài toán động học. - Áp dụng các lời giải tối ƣu hóa động ngẫu nhiên để phân tích cấu trúc “độc quyền tự nhiên” trong quy hoạch và quản lý tài nguyên nƣớc cấp lƣu vực sông 5.2 Ý nghĩa thực tiễn - Tăng cƣờng cơ sở lý luận và năng lực tính toán thực hành nhằm đáp ứng yêu cầu mới của Đảng và Nhà nƣớc trong công cuộc phát triển ngành nƣớc. Cụ thể là xây dựng mô hình cho việc điều tiết và tính toán giá cả của các dịch vụ nƣớc. - Phục vụ các công cụ phân tích và nghiên cứu tài nguyên môi trƣờng nói chung nhƣ thể chế thị trƣờng trong quản lý tài nguyên, kinh tế xanh, kế toán tài nguyên môi trƣờng. - Tiếp ận và ứng dụng các công cụ tính toán hiện đại cho các bài toán phức tạp tại Việt Nam. 6. Những đóng góp mới của luận án (1) Thiết lập đƣợc bài toán phân bổ tối ƣu tài nguyên nƣớc cho 2 tiểu lƣu vực của Lƣu vực sông Hồng – Thái Bình và giải bài toán tối ƣu trong môi trƣờng Lingo. (2) Xây dựng phƣơng pháp xác định và ƣớc lƣợng cầu động của các yêu cầu sử dụng nƣớc tƣới và phát điện, làm số liệu đầu vào cho bài toán 2
phân bổ nƣớc tối ƣu theo các dự báo về xu thế phát triển của nền kinh tế trong tƣơng lai. (3) Đƣa ra phƣơng pháp phân tích đặc tính cấu trúc của cơ chế độc quyền tự nhiên, xác định đƣợc tính mạnh yếu của độc quyền tự nhiên, làm cơ sở cho việc hoạch định chính sách hợp lý trong quá trình quản lý các hoạt động dịch vụ về nƣớc của các đối tƣợng trực tiếp khai thác và quản lý tài nguyên nƣớc. 7. Cấu trúc luận án Ngoài phần mở đầu và kết luận, các kết quả nghiên cứu của luận án đƣợc trình bày trong bốn chƣơng sau: Chương 1: Tổng quan. Chương 2: Thiết lập bài toán phân bổ tối ưu tài nguyên nước. Chương 3:Phân bổ hiệu quả tài nguyên nước cho một hệ thống hồ chứa trong lưu vực sông Hồng – Thái Bình. Chương 4: Cấu trúc độc quyền tự nhiên trong phân bổ tài nguyên nước ở lưu vực sông Hồng – Thái Bình. Luận án dài 142 trang chính và 83 trang phụ lục; có 13 bảng và 35 hình vẽ; danh mục tài liệu tham khảo gồm 57 tài liệu ____________________________ CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1. Đặc điểm chung của lƣu vực Tác giả đã mô tả tổng quan hiện trạng khu vực nghiên cứu dựa trên các báo cáo và tài liệu nghiên cứu của viện Quy hoạch thủy lợi 1.1.1 Các đặc trưng về khí hậu 1.1.2 Các đặc điểm kinh tế xã hội 1.1.3 Tình hình quản lý tài nguyên nước của Hệ thống Sông Hồng Thái Bình 3
1.2. Công tác quy hoạch và quản lý 1.2.1 Công tác ra quyết định ở cấp quy hoạch 1.2.2 Công tác quy hoạch ở mức quản lý 1.2.3 Quy hoạch ràng buộc cho tưới vụ Đông Xuân 1.1.4 Tình trạng khẩn cấp trong mùa lũ 1.3. Tình hình ứng dụng tối ƣu hóa cho quy hoạch và quản lý tài nguyên nƣớc trên thế giới 1.3.1 Mô hình hóa quản lý tài nguyên nước cấp lưu vực sông Tác giả trình bày tổng quan về nghiên cứu mô hình hóa quản lý tài nguyên nƣớc ở cấp lƣu vực sông dựa trên tài liệu “Water Resources Systems Planning and Management” của Daniel P. Loucks và Eelco van Beek (UNESCO, 2015) và “Modeling Water Resoucres Management at the Basin Level: Review And Future Directions” của Daene C. McKinney và cộng sự (IWMI, 1999). Một số nét chính là: - Bản chất liên ngành của bài toán phân bổ nƣớc yêu cầu kết hợp các khía cạnh kỹ thuật, kinh tế, môi trƣờng và xã hội vào cùng một khung phân tích. - Hàm mục tiêu cần kết hợp các mục tiêu hiệu quả kinh tế, phúc lợi xã hội, tính bền vững môi trƣờng… và phải đƣợc xử lý một cách đồng thời. - Mô hình lƣu vực sông bao gồm ba cấu phần: nguồn nƣớc, cầu sử dụng nƣớc, và cấu phần xây dựng trung gian 1.3.2 Kinh tế học phân bổ tài nguyên nước Về cấu phần kinh tế học trong phân bổ tài nguyên nƣớc cần chú ý một số điểm : - Hàm sản xuất đối với nƣớc, hàm giá trị của sử dụng nƣớc, ƣớc lƣợng cầu sử dụng nƣớc - Các cấu trúc chi phí nhƣ chi phí cố định, chi phí trung bình khả biến và chi phí cận biên của việc cung cấp nƣớc. - Các nghiên cứu quốc tế về phân bổ hiêụ quả tài nguyên nƣớc còn nhấn mạnh đến các yếu tố cụ thể nhƣ: đánh giá giá trị nƣớc cho sử dụng nông 4
nghiệp, đánh giá giá trị của hàm cầu phi nông nghiệp đối với nƣớc, các hàm lợi ích cho nƣớc trong bối cảnh lƣu vực sông. 1.3.4 Mô hình kinh tế thủy văn tổng hợp và các phát triển gần đây 1.4. Ứng dụng nghiên cứu tối ƣu hóa cho quy hoạch và quản lý tài nguyên nƣớc tại lƣu vực sông Hồng Dựa trên thống kê của các báo cáo của viện Quy hoạch thủy lợi, có thể thấy rằng đã có nhiều nghiên cứu mô hình hóa các bài toán kỹ thuật về quy hoạch và vận hành hệ thống tài nguyên nƣớc. Tuy nhiên, ngoại trừ một số ít nghiên cứu do các chuyên gia nƣớc ngoài tiến hành (nhƣ nghiên cứu của Claudia Ringler tại lƣu vực Đồng Nai và nghiên cứu của các chuyên gia Italia tại lƣu vực sông Hồng) là có đề cập đến các cấu phần kinh tế, hầu nhƣ còn rất ít các nghiên cứu đề cập đến một mô hình liên quan một cách có hệ thống đến bài toán phân bổ hiệu quả tài nguyên nƣớc theo quan điểm kinh tế. 1.5. Nhu cầu nghiên cứu ứng dụng tối ƣu hóa và mục tiêu nghiên cứu của Luận án 1.5.1 Nhu cầu nghiên cứu ứng dụng tối ưu hóa động trong phân bổ hiệu quả kinh tế trong QH&QLTNN tại Việt nam Trên thế giới, đã từ lâu các chuyên gia quản lý ngành nƣớc có nhu cầu lớn về nghiên cứu cơ cấu kinh tế và các chính sách kinh tế đối với cung cấp và sử dụng các hàng hóa và dịch vụ liên quan đến nƣớc, các chủ đề về thu hồi chi phí các công trình cung cấp nƣớc, tính toán giá trị và giá cả của nƣớc, vận hành và quản lý tối ƣu về mặt kinh tế của các hệ thống hồ chứa… Ở Việt nam, gần đây các bộ, ban ngành đang tăng cƣờng quan tâm nghiên cứu theo xu hƣớng này. Bộ Tài nguyên môi trƣờng đang nỗ lực triển khai các đề tài hạch toán kinh tế tài nguyên nƣớc, tính giá cho các sử dụng nƣớc, các chính sách phát triển thị trƣờng hóa có điều tiết trong ngành nƣớc. Quốc hội đã thông qua luật Thủy lợi, cho phép tất cả các thành phần kinh tế tham gia quản lý nƣớc và ban hành các chính sách định giá dịch vụ thủy lợi. Thực tế này không thể thiếu các nghiên cứu về giá trị kinh tế của nƣớc, cơ cấu thị trƣờng nƣớc và các công cụ lƣợng hóa các đại lƣợng kinh tế. 1.5.2 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu của luận án 5
Nhƣ đã nói ở phần mở đầu, mục tiêu chính của luận án bao gồm: - Nghiên cứu và tích hợp các cấu phần kinh tế vào mô hình tối ƣu hóa cho bài toán phân bổ hiệu quả tài nguyên nƣớc cấp lƣu vực sông. - Xây dựng mô hình rời rạc và áp dụng các phƣơng pháp tìm nghiệm gần đúng với sự giúp đỡ của các phần mềm máy tính để đạt đƣợc lời giải tối ƣu và các phân tích về tính ổn định nghiệm. - Sử dụng các kết quả tối ƣu đạt đƣợc cho nhiều tình huống mô phỏng tối ƣu ngẫu nhiên khác nhau để nghiên cứu cấu trúc kinh tế trong quản lý hệ thống nƣớc, đặc biệt là cấu trúc “độc quyền tự nhiên”. ____________________ CHƢƠNG 2 THIẾT LẬP BÀI TOÁN PHÂN BỔ HIỆU QUẢ TÀI NGUYÊN NƢỚC 2.1. Mở đầu 2.1.1 Đặt vấn đề Thực hành cung cấp hàng hóa và dịch vụ nƣớc không đƣợc vận hành theo cơ chế thị trƣờng vì nhiều đặc điểm “thất bại thị trƣờng”, ví dụ nhƣ ngoại ứng, hàng hóa công cộng, độc quyền, thông tin phi đối xứng. Vì vậy các phân tích, nghiên cứu và đánh giá kinh tế đối với các hoạt động ngành nƣớc đòi hỏi phải tuân thủ một khung tối ƣu hóa. Do đó cần có giới thiệu tóm tắt về khung tối ƣu hóa này trong phần tiếp theo. 2.1.2 Mô hình phân bổ tài nguyên Trong tài liệu kinh điển về kinh tế học quy hoạch tài nguyên nƣớc (Economics of Water Resources Planning) của James Douglas, bài toán có dạng sau: max u i  u i ( xij , r , d ) (i  1,..., n; j  1,..., m) với các ràng buộc: f k ( yk , r, dk )  0 (k  1,..., m) (fk là các ràng buộc sản xuất) h n s j   y jk   xij  0 (j  1,..., m) (các ràng buộc sản xuất - tiêu dùng) k 1 i 1 6
r  r* (ràng buộc về tài nguyên) Trong đó: = hàm lợi ích của cá nhân = lƣợng hàng hoá hoặc tài nguyên do cá nhân tiêu dùng = lƣợng hàng hoá hoặc tài nguyên do xí nghiệp sản xuất = tổng lƣợng hàng hoá hoặc tài nguyên sẵn có = khối lƣợng hàng hoá công cộng = giá trị của cá nhân do giảm chất thải của xí nghiệp . Nhƣ vậy là bài toán của kinh tế nƣớc đƣợc giải quyết trong một khungcuar bài toán tối ƣu. 2.2 Hệ thống Mô hình hóa Phân bổ Tài nguyên nƣớc tại Lƣu vực sông (Aquarius) Dựa vào tiếp cận trên, một ứng dụng mà luận án kế thừa và phát triển trong nội dung của mình là nghiên cứu về mô hình hóa bài toán phân bổ tài nguyên nƣớc cấp lƣu vực sông của nhóm nghiên cứu Rocky Mountain. 2.2.1 Giới thiệu mô hình Aquarius np nu np nu a q maximize TB    B    f ( xij )dxij i u (2.5) i 1 u 1 i 1 j 1 0 Trong đó, TB là tổng lợi ích của tài nguyên nƣớc; np là tổng số thời đoạn tính toán (thời gian có thể theo giờ, ngày, tháng, năm... tuỳ theo yêu cầu của bài toán); nu là số lƣợng các đối tƣợng sử dụng nƣớc trong lƣu vực tính toán; aij là khối lƣợng nƣớc sử dụng của đối tƣợng thứ i trong thời đoạn tính toán thứ j ; f xij  là hàm cầu sử dụng nƣớc của đối tƣợng i trong thời đoạn tính toán j . Bài toán (2.5) phụ thuộc vào các ràng buộc: Ràng buộc của hồ chứa, Ràng buộc về dòng chảy, Ràng buộc tại các nút, Ràng buộc về giá trị cung cấp. 2.2.2 Hiệu chỉnh và Phát triển mô hình Aquarius Để phục vụ mục đích của luận án, cần bổ sung một số cấu phần sau: - Các cấu trúc chi phí của hàm mục tiêu, vì mô hình Aquarius không tách biệt tƣờng minh các thành phần chi phí. 7
- Khái niệm hiều quả của mô hình Aquarius trong phân bổ nƣớc thể hiện quan điểm hiệu quả của kinh tế học truyền thống, nên cần đƣợc cập nhật các quan điểm hiệu quả kinh tế mới bởi các trƣờng phái kinh tế hiện đại. - Mô hình không đề cập các yếu tố động học, ví dụ nhƣ tỷ lệ chiết khấu theo thời gian, những thay đổi động học trong các yếu tố tự nhiên nhƣ dòng chảy đến và các yếu tố động học trong kinh tế nhƣ cầu tƣới động. Do đó cần phát triển thêm các tính động học cho mô hình. - Mô hình Aquarius không đề cập đến các yếu tố ngẫu nhiên, do vậy cũng cần thiết phát triển các mô hình tối ƣu hóa động ngẫu nhiên. 2.3 Bài toán tối ƣu hóa với ràng buộc hỗn hợp Nội dung phần này trình bày các kiến thức cơ bản về lý thuyết tối ƣu dựa trên các bài toán Lagrange và Kuhn-Tucker theo tài liệu “A first course in Optimization theory” của Sundaram. 2.4 Phƣơng pháp giải gần đúng và ứng dụng phần mềm Lingo Để nhận đƣợc lời giải số, luận án đã sử dụng các phƣơng pháp giải gần đúng cho bài toán tối ƣu phi tuyến, trên cơ sở đó áp dụng phần mềm Lingo để tìm lời giải tối ƣu. Để kiểm tra tính ổn định nghiệm, luận án đã sử dụng kỹ thuật mô phỏng ngẫu nhiên, áp dụng các mô hình ARIMA và SARIMA tạo ra các chuỗi số liệu thời gian về dòng chảy đến và giá cả thị trƣờng của lƣơng thực, trên cơ sở đó lấy mẫu ngẫu nhiên để giải bài toán ngẫu nhiên trong các hoàn cảnh số liệu đầu vào khác nhau. Kết quả phân tích mẫu cho thấy các lời giải là ổn định 2.5. Kết luận Luận án đã kế thừa một số nghiên cứu về mô hình phân bổ hiệu quả tài nguyên nƣớc trong phạm vi lƣu vực sông, điển hình là mô hình Aquarius, đẻ tìm kiếm tối ƣu cho một số hệ thống hồ chứa ở lƣu vực sông Hồng. Luận án đã bổ sung và phát triển nhiều cấu phần của mô hình chƣa đƣợc nghiên cứu trong mô hình tham khảo. Cụ thể là tích hợp cấu phần chi phí vào hàm mục tiêu, kết hợp một số yếu tố động học vào mô hình, sử dụng mô phỏng để tạo ra môi trƣờng ngẫu nhiên cho việc kiểm định tính ổn định nghiệm,… 8
Dựa trên khung của bài toán tối ƣu áp dụng cho mô hình kinh tế nƣớc cấp lƣu vực sông, luận án đã phát triển cá mô hình cho hai hệ thống hồ chứa cụ thể là Núi Cốc và Sơn La- Hòa Bình. ____________________ CHƢƠNG 3 PHÂN BỔ HIỆU QUẢ TÀI NGUYÊN NƢỚC CHO MỘT SỐ HỆ THỐNG HỒ CHỨA TRONG LƢU VỰC SÔNG HỒNG 3.1 Đặt vấn đề Dựa trên cơ sở nền tảng của chƣơng 2, chƣơng này xây dựng các mô hình cụ thể áp dụng cho hai hệ thống hồ chứa Núi Cốc và Sơn La- Hòa Bình. 3.2 Một số cấu trúc giá trị sử dụng nƣớc và cấu trúc chi phí 3.2.1 Cấu trúc giá trị sử dụng nước tưới 3.2.1.1 Cầu tĩnh đối với nước tưới Trong phần này, luận án đã xây dựng hàm cầu tĩnh dựa trên tiếp cận trong tài liệu “Determining the economics value of water” của R.Young. Các kết quả đã đƣợc thực hiện trong các đề tài nghiên cứu cấp cơ sở, cấp bộ và cấp nhà nƣớc mà tác giả đã tham gia. 3.2.1.2 Cầu động đối với nước tưới Tác giả đã phát triển thêm mô hình cầu tĩnh để xây dựng hàm cầu động cho cầu nƣớc tƣới trong giai đoạn đã qua của ngành tƣới Việt Nam. Kết quả nghiên cứu về cầu động cho nƣớc tƣới đã đƣợc tác giả công bố trong các nghiên cứu vào năm 2016. 3.2.2 Cấu trúc giá trị sử dụng nước phát điện Hàm cầu sử dụng nƣớc phát điện đƣợc tác giả xây dựng dựa trên phƣơng pháp đề xuất bởi Laufer và Morel-Seytoux (1979) và đã đƣợc công bố trong một số bài báo. 3.2.3 Cấu trúc chi phí Luận án đã xây dựng cấu trúc chi phí dựa trên “Natural resources regulation” của Berg (1988, 2008) và “Industrial organization” của Church and Ware (2004). Cấu trúc chi phí đƣợc xây dựng trong luận án đã có đóng góp tốt vào lời 9
giải tối ƣu của bài toán. Phân tích hiệu quả phân bổ theo kinh tế truyền thống không xét đến chi phí đầu tƣ (cố định), tuy nhiên, theo các tiếp cận mới (tiếp cận tổ chức công nghiệp), chi phí đầu tƣ là đại lƣợng quan trọng để giải thích tính ổn định của hiệu quả phân bổ. Hơn nữa, lời giải tối ƣu lại là nhƣ nhau. 3.3 Mô hình tối ƣu hóa động cho Hệ thống Núi Cốc 3.3.1 Giới thiệu hệ thống Núi Cốc Núi Cốc là hệ thống tƣới tự chảy với mục đích chính là cung cấp nƣớc tƣới, bên cạnh đó có cung cấp nƣớc sinh hoạt, phát điện, thủy sản,… 3.3.2 Phân tích và ước lượng hàm cầu và hàm giá trị sử dụng nước Dựa trên số liệu về nguồn nƣớc của viện Quy hoạch thủy lợi và số liệu, thông tin từ công ty khai thác thủy lợi Thái Nguyên, tác giả đã xây dựng một mô hình tối ƣu hóa động cho phân bổ hiệu quả tài nguyên nƣớc tại địa phƣơng này. Kết quả ƣớc lƣợng hàm cầu thể hiện trong bảng 3.5 Bảng 3.5 Tổng hợp đường cầu nước tưới Hệ thống Núi Cốc - Thái Nguyên TỔNG HỢP ĐƢỜNG CẦU TƢỚI HỒ NÚI CỐC Kênh Chính Kênh Đông Kênh Giữa Kênh Tây Tháng B (tr. B (tr. B (tr. B (tr. A A A A VNĐ) VNĐ) VNĐ) VNĐ) 1 13,211.3 3,076.5 7,294.3 3,527.5 7,904.0 4,027.9 6,279.0 3,759.3 2 399.172 838.262 208.540 910.320 221.602 1,018.2 175.988 950.334 3 588.614 588.614 307.510 639.212 326.770 714.974 259.509 667.309 4 422.966 634.449 220.971 688.986 234.810 770.648 186.478 719.272 5 570.578 285.289 298.088 309.813 316.758 346.533 251.557 323.431 6 - HT 920.181 328.965 490.509 341.541 531.835 390.207 472.979 390.207 7 - - - - - - - - 8 143.204 93.082 67.092 90.601 72.745 103.511 56.356 96.610 9 307.821 300.125 144.216 292.124 156.367 333.749 121.139 311.499 10 2,462.46 3,076.58 1,359.59 3,527.53 1,473.24 4,027.90 1,170.36 3,759.38 11 6,605.65 3,076.58 3,647.16 3,527.53 3,952.02 4,027.90 3,139.54 3,759.38 12 4,954.24 3,076.58 2,735.3 3,527.53 2,964.0 4,027.90 2,354.6 3,759.38 Vụ lúa ĐX 113.015 576.374 59.042 625.920 62.740 700.107 49.826 653.433 10
TỔNG HỢP ĐƢỜNG CẦU TƢỚI HỒ NÚI CỐC Kênh Chính Kênh Đông Kênh Giữa Kênh Tây Tháng B (tr. B (tr. B (tr. B (tr. A A A A VNĐ) VNĐ) VNĐ) VNĐ) Vụ lúa HT 51.651 107.015 24.199 104.162 26.238 119.004 20.327 111.070 Ngô Đông 1,197.5 2,881.8 661.212 3,304.2 716.484 3,772.90 569.184 3,521.381 Các hàm cầu khác cũng đã đƣợc ƣớc lƣợng. 3.3.3 Tính toán chi phí Các hàm chi phí có đặc điểm của một hệ thống “độc quyền tự nhiên”. Biểu hiện của điều này là chi phí cố định chiếm tỷ trọng lớn so với chi phí khả biến. Tuy nhiên việc lựa chọn các hàm chi phí khả biến ảnh hƣởng rất lớn đến tính tối ƣu của nghiệm. 3.3.4 Mô hình tối ưu hóa động cho hồ chứa Núi Cốc Tổng hợp các hàm lợi ích, hàm chi phí và các ràng buộc, chúng ta nhận đƣợc mô hình số hóa rời rạc cho hệ thống Núi Cốc cho giai đoạn 1977-2000 3.3.5 Tóm tắt các kết quả mô hình tối ưu hóa động tất định cho hồ chứa Núi Cốc Các kết quả cụ thể của các tình huống tính toán đã đƣơc jtrinhf bày trong nội dung luận án Kết quả 1: Mô hình theo ước lượng cầu trước Đổi mới Kết quả 2: Mô hình theo ước lượng cầu sau Đổi mới Kết quả 3: Mô hình theo cầu động (giảm dần) trong giai đoạn chuyển đổi 3.3.6 Tóm tắt kết quả của các mô hình tối ưu hóa động ngẫu nhiên Sử dụng các mô hình ARIMA và SARIMA có thể tạo ra các chuỗi số liệu đầu vào cho dòng chảy đến cũng nhƣ đầu vào giá cả lƣơng thực. Ứng với các chuỗi số liệu đầu vào đó, có thể nhận đƣợc các mô hình tối ƣu khác nhau cho bài toán phân bổ hiệu quả tài nguyên nƣớc. Kết quả 4: Phân tích tiếp cận quản lý ưu tiên tưới ở hồ chứa Núi Cốc Kết quả 5: Phân tích tiếp cận quản lý theo kiểu thị trường ở hồ chứa Núi Cốc 11
Kết quả 6: Mô hình tối ưu hóa động ngẫu nhiên với cầu tưới ngẫu nhiên và dòng chảy đến ngẫu nhiên tại hồ chứa Núi Cốc trong trường hợp tưới đủ Kết quả 7: Mô hình tối ưu động theo giá ngẫu nhiên Một ví dụ điển hình trình bày các quỹ đạo tối ƣu cho các mô phỏng giá ngẫu nhiên khác nhau đƣợc thể hiện trên hình 3.7 (cho kết quả 7.) Hình 3.7 Mô hình tối ƣu hóa động với cầu tƣới ngẫu nhiên do giá lúa ngẫu nhiên Các kết quả của các trƣờng hợp khác cũng có thể đƣợc biểu diễn tƣơng tự. 3.4 Mô hình tối ƣu hóa động cho Hệ thống Sơn La – Hòa Bình 3.4.1 Giới thiệu hệ thống hồ chứa Sơn La – Hòa Bình Các thông số kỹ thuật của hai hồ chứa Sơn La, Hòa Bình cùng các thông số của các nhà máy thủy điện, các khu tƣới đã đƣợc trình bày trong nội dung luận án. Đặc điểm của hệ thống này là các hồ chứa đƣợc kết nối theo kiểu nối tiếp, là điều khác biệt với hệ thống Núi Cốc đã xét ở trên 3.4.2 Mô hình phân bổ nước Hệ thống Sơn La – Hòa Bình Mô hình này đƣợc xây dựng chi tiết từ đề tài nghiên cứu cấp nhà nƣớc về ứng dụng tối ƣu hóa động cho một số lƣu vực con của hệ thống sông Hồng (Bùi Thị Thu Hòa, 2012) mà tác giả là một thành viên tham gia. Các số liệu của nghiên cứu trên đƣợc cung cấp bởi viện Quy hoạch thủy lợi. 12
3.4.3 Kết quả mô hình tối ưu hóa động cho hệ thống Sơn La – Hòa Bình Các kết quả chính Kết quả 1: Mô hình tối ưu hóa động tất định cho tình huống giá cố định Bảng 3.11 Tổng lợi ích và chi phí cho phát điện và tƣới ở hệ thống Sơn La – Hòa Bình (Nguồn: Tác giả tính toán) Tổng lợi ích Chi phí Năm Tổng Q Phát điện tại Sơn Phát điện tại Hòa Tƣới TB TC AC(Q) La Bình 1 54544.97 1082.02 2879.41 221.09 4182.52 1328.14 0.02435 2 76603.58 2890.11 3188.17 225.06 6303.34 1386.48 0.01810 3 62144.14 1117.75 3732.68 233.90 5084.33 1335.31 0.02149 4 54145.21 1083.47 2926.51 283.84 4293.82 1303.36 0.02407 5 72791.05 2420.94 3238.61 318.84 5978.38 1351.45 0.01857 6 71869.50 2570.39 2887.39 366.93 5824.71 1340.82 0.01866 7 68290.44 1929.20 3332.33 408.71 5670.24 1322.22 0.01936 8 61714.24 1707.91 3059.12 444.75 5211.79 1294.68 0.02098 9 51234.16 1249.82 2238.17 222.61 3710.59 1255.43 0.02450 10 58085.58 1169.29 3169.95 213.50 4552.74 1268.16 0.02183 11 61049.02 1597.66 3194.03 221.10 5012.79 1269.15 0.02079 12 64950.50 1448.12 3387.59 217.10 5052.82 1273.00 0.01960 13 54632.65 1167.44 2766.67 220.19 4154.30 1234.13 0.02259 14 59735.00 1850.31 2662.35 204.76 4717.42 1241.68 0.02079 15 68831.74 1732.36 3820.78 224.00 5777.14 1261.09 0.01832 16 65092.19 1272.45 3961.42 222.27 5456.14 1241.96 0.01908 17 65529.66 1890.22 3236.26 238.00 5364.49 1235.40 0.01885 18 75719.89 1667.14 4441.30 466.19 6574.63 1258.18 0.01662 19 68898.10 2109.16 3007.39 331.12 5447.67 1229.80 0.01785 20 81933.75 2176.46 4427.36 313.39 6917.21 1261.11 0.01539 21 75469.93 2585.91 3452.01 389.62 6427.54 1233.82 0.01635 22 91631.05 3570.99 3978.00 333.11 7882.11 1274.45 0.01391 23 61177.64 1685.03 3104.75 300.28 5090.06 1175.22 0.01921 24 63935.54 1885.61 3279.62 314.82 5480.05 1175.64 0.01839 25 62994.80 2063.64 2934.55 265.31 5263.50 1163.48 0.01847 13
Bảng 3.12 Phân bổ nƣớc cho phát điện tại hồ chứa Sơn La (Nguồn: Tác giả tính toán) PHÂN BỔ XẢ NƢỚC CHO PHÁT ĐIỆN CHO NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN SƠN LA Nă m T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T 10 T 11 T 12 140.4 1207. 1845. 8911. 5066. 3357. 2778. 1 111.40 27.02 0.00 0.00 20.21 6 99 42 29 64 02 72 1763.5 501.2 728.7 1668. 6833. 5182. 8911. 7621. 4906. 5250. 965.1 2 0.00 7 6 9 07 10 48 29 35 73 53 8 1574.4 1788. 1972. 3100. 6030. 3715. 2846. 3198. 3 0.00 0.00 0.00 0.00 6 08 62 55 11 81 53 75 918.5 1432. 2016. 8043. 5301. 5020. 1041. 4 97.37 0.00 27.01 0.00 0.00 3 96 37 57 75 09 65 1620.8 929.5 1331. 1080. 6823. 6637. 5650. 6166. 6781. 857.2 1431. 5 27.02 1 3 61 32 78 65 48 30 56 4 64 1160.2 859.2 1893. 455.0 5611. 4578. 8279. 8889. 3994. 4522. 956.8 6 0.00 6 8 62 4 61 78 13 61 29 36 1 1766.4 480.9 1209. 2573. 3006. 7450. 6268. 4552. 3738. 1541. 7 0.00 0.00 4 1 82 98 92 84 97 66 97 18 1459. 991.5 1832. 2588. 7753. 7450. 3086. 3143. 2659. 8 6.19 0.00 0.00 98 3 28 09 27 90 09 94 92 1381.1 1045. 947.8 2697. 4985. 8883. 2087. 1656. 2057. 9 31.08 23.45 0.00 4 82 1 77 80 44 49 90 34 372.2 746.9 1734. 676.8 4404. 135.5 4417. 5537. 3435. 600.3 2094. 10 543.22 3 9 83 3 00 7 68 73 73 3 42 2033. 1088. 1476. 8911. 7839. 3829. 2126. 1818. 11 0.00 0.00 0.00 0.00 20 61 61 29 33 53 52 53 1025. 1894. 5669. 8911. 5322. 2245. 3439. 12 6.19 0.00 0.00 0.00 0.00 80 97 56 29 48 63 87 2681. 763.2 973.6 3559. 4749. 3132. 5242. 2327. 527.5 13 486.50 0.00 0.00 96 3 3 89 68 72 03 98 2 2015. 104.6 712.9 3438. 3385. 8641. 6233. 4360. 2603. 14 989.00 27.01 0.00 08 3 9 94 35 87 57 06 85 991.5 392.6 1848. 202.8 7239. 6154. 5807. 5139. 2566. 15 6.19 0.00 0.00 1 8 48 0 27 02 62 69 02 1556.1 2419. 849.2 873.3 5783. 5054. 4315. 3873. 449.5 16 27.01 0.00 0.00 2 31 4 1 62 69 31 98 7 1886.5 262.8 606.7 2350. 5660. 7774. 5763. 3965. 3937. 715.7 17 0.00 0.00 2 1 7 75 65 70 21 93 14 5 2626.9 1081. 1612. 1966. 3599. 7666. 5696. 4193. 743.3 18 0.00 0.00 0.00 2 13 24 65 47 60 21 98 3 1414.1 2469. 1330. 690.7 2339. 8911. 7819. 6448. 1415. 3379. 19 0.00 23.00 3 38 99 1 43 29 83 69 89 93 2402.0 964.8 455.6 1777. 8215. 8911. 5236. 7394. 1022. 20 26.48 0.00 0.00 8 0 4 42 24 29 00 63 54 2945.0 1558. 1228. 1158. 790.7 6726. 8400. 6254. 6262. 2423. 2572. 21 0.00 1 57 95 42 8 73 66 13 34 18 63 1298.8 1635. 924.9 946.2 2900. 8911. 7698. 7780. 5452. 5702. 5261. 3101. 22 4 18 6 3 87 29 38 82 19 20 68 86 951.4 1485. 2260. 7811. 8194. 3750. 1732. 2090. 23 809.07 26.89 0.00 0.00 5 01 66 13 88 59 01 60 2051.3 1287. 2312. 1003. 4312. 8900. 7725. 1540. 3016. 24 0.00 0.00 21.99 2 74 00 54 76 81 52 10 96 1412.6 438.6 1275. 3248. 3801. 4256. 6650. 6568. 3115. 1502. 1245. 25 0.00 0 1 41 55 94 29 94 60 88 10 82 14
Kết quả 2: Tối ưu hóa động với cầu tưới tất định và dòng chảy đến ngẫu nhiên (mô hình với hàm chi phí hàm mũ) Hình 3.10 Các quỹ đạo tối ƣu (theo giá trị hiện tại, tức là chƣa đƣợc chiết khấu) với cầu tƣới tất định giảm dần và dòng chảy đến ngẫu nhiên Hình 3.11 Hàm mật độ phân phối xác suất của các tổng lợi ích đã chiết khấu Kết quả 3: Tối ưu hóa động (chưa chiết khấu) với cầu tưới tất định giảm, cầu điện tất định tăng và dòng chảy đến ngẫu nhiên (mô hình chi phí hàm mũ) Kết quả 4: Tối ưu hóa động với cầu tưới tất định giảm và dòng chảy đến ngẫu nhiên (mô hình chi phí hàm mũ) Kết quả 5: Tối ưu hóa động (trường hợp chưa chiết khấu) với cầu tưới ngẫu nhiên và dòng chảy đến ngẫu nhiên 15
Hình 3.19 Các quỹ đạo của tổng lợi ích tối ƣu (chƣa chiết khấu) . Hình 3.20 Hàm mật độ phân phối xác suất của tình huống chƣa chiết khấu (Sử dụng kết quả từ chƣơng trình với hàm chi phí bậc ba) 3.5 Kết luận Các kết quả tối ƣu hóa động tất định dựa trên các số liệu đã cho bảo đảm xác định nghiệm tối ƣu cho phân bổ hiệu quả tài nguyên nƣớc cho các sử dụng nƣớc khác nhau tại hai hệ thông nghiên cứu. Các kết quả thu đƣợc phù hợp với số liệu quan sát thực tế. Các mô hình tối ƣu nói trên đƣợc giải cho các tình huống khác nhau của các dòng chảy đến và giá lƣơng thực đƣợc tạo thành từ mô hình mô phỏng ngẫu nhiên ARIMA và SARIMA. Các kết quả tạo ra các quỹ đạo tối ƣu ngẫu nhiên. 16
Tuy nhiên các tổng lợi ích ròng tối ƣu phân phối theo một quy luật xác suât chuẩn với kỳ vọng và độ lệch chuẩn phù hợp. Các kết quả tối ƣu cho các tình huống mô phỏng ngẫu nhiên là tƣơng đối ổn định theo nghĩa tồn tại nghiệm tối ƣu cục bộ và ổn định so với các thay đổi ngẫu nhiên trong biến đầu vào. Các kết quả tối ƣu này có thể góp phần cho các phân tích về phân bổ hiệu quả tối ƣu cho nhiều tình huống khác nhau ví dụ nhƣ tƣới đủ, tƣới thiếu, cầu tƣới giảm theo thời gian, cầu điện tăng theo thời gian,.. Đặc biệt, các kết quả tối ƣu nói trên sẽ đƣợc phục vụ tốt trong việc xác định các đặc tính của cấu trúc “độc quyên tự nhiên” trong nội dung chƣơng tiếp theo. __________________________ CHƢƠNG 4 CẤU TRÚC ĐỘC QUYỀN TỰ NHIÊN TRONG PHÂN BỔ TÀI NGUYÊN NƢỚC Ở LƢU VỰC SÔNG HỒNG 4.1 Đặt vấn đề Cấu trúc thị trƣờng ngành nƣớc, nếu đƣợc duy trì, thƣờng gắn với độc quyền tự nhiên. Cấu trúc độc quyền tự nhiên thƣờng có những thuộc tính đặc biệt cho các hàm ý chính sách. Vì vậy cần phát triển các phân tích về độc quyền tự nhiên trong các nghiên cứu kinh tế tài nguyên nƣớc cấp lƣu vực. 4.1.1 Giới thiệu về độc quyền Theo Tirole, Church và Ware và các chuyên gia tổ chức công nghiệp, độc quyền tự nhiên xuất hiện nhƣ một kết quả tất nhiên của hoàn cảnh môi trƣờng đặc trƣng bởi chi phí cơ sở hạ tầng lớn so với chi phí kar biến nhỏ của hệ thống. Theo quan điểm kinh tế học mới, đối với trƣờng hợp độc quyền, khái niệm hiệu quả kinh tế truyền thống là không đủ mà cần đƣợc bổ sung các chi phí giao dịch. Do vậy, giải pháp tốt nhất là duy trì cơ chế độc quyền tự nhiên kết hợp với tiêu chuẩn bảo đảm sản lƣợng cùng một số đặc tính khác của hệ thống. 4.1.2 Khái niệm Độc quyền tự nhiên Theo các tài liệu nghiên cứu trên, điều kiện để bảo đảm độc quyền tự nhiên đối với các công ty sản phẩm đơn là thuộc tính “cộng tính dƣới” (subadditivity). Đối với công ty sản xuất đa sản phẩm, độc quyền tự nhiên gắn với hệ số Lener. Tuy nhiên, đối tƣợng nghiên cứu của luận án thuộc trƣờng hợp sản phẩm đơn. 17
Do vậy, nội dung nghiên cứu sẽ tập trung vào xác định đặc tính “độc quyền tự nhiên”, cũng nhƣ các phƣơng pháp phân tích và hàm ý chính sách với trƣờng hợp công ty sản phẩm đơn. 4.1.3 Xây dựng phương pháp xác định cấu trúc độc quyền tự nhiên từ các kết quả lời giải tối ưu của mô hình tối ưu hóa động cho phân bổ hiệu quả nước Sử dụng các kết quả tối ƣu hóa động ngẫu nhiên trong chƣơng 3, luận án đã xây dựng một phƣơng pháp để xác định tính chất độc quyền tự nhiên cho các hệ thống Núi Cốc và Sơn La-Hòa Bình. Cụ thể hơn, phƣơng pháp này có thể chỉ ra độc quyền tự nhiên mạnh hoặc yếu. Các bƣớc cơ bản trong thủ tục xác định cấu trúc độc quyền tự nhiên cho các hệ thống tài nguyên nƣớc: i) Sử dụng kỹ thuật Monte-Carlo để lấy mẫu ngẫu nhiên, dựa vào mô hình SARIMA để tạo ra các dòng chảy đến mo phỏng của hồ chứa. ii) Chạy mô hình phân bổ tối ƣu thu đƣợc các lời giải tối ƣu, dựa vào đó xây dựng đƣờng quan hệ giữa chi phí trung bình (AC) và khối lƣợng sản phẩm (sản lƣơng nƣớc đƣợc xả cho các mục đích sử dụng tại các thời điểm khác nhau trong khoảng thời gian nghiên cứu), quan hệ giữa mức tổng lợi ích thô (TB) ứng với từng khối lƣợng nƣớc xả nói trên. Từ đó xác định đƣờng lợi ích thô trung bình (TB/Q) bằng phƣơng pháp hồi quy. Cuối cùng, xác định đƣờng tổng lợi ích cận biên (MB) bằng cacslaays đạo hàm của TB/Q (vì MB=(TB/Q)’=[TB’(Q).Q-TB(Q)]/Q2). iii) Kết hợp đƣờng AC nhận đƣợc với hàm cầu MB, theo các lý thuyết chỉ ra bởi Church và Ware (2004), có thể thấy độc quyền tự nhiên mạnh hay yếu. 4.2 Các kết quả chạy mô hình tối ƣu hóa động cho hệ thống Núi Cốc Kết quả 1: Cấu trúc độc quyền tự nhiên khi biến dòng chảy đến là ngẫu nhiên và hàm cầu tưới tất định giảm dần (tưới đủ) Kết quả 2: Phân tích cấu trúc độc quyền tự nhiên khi biến dòng chảy đến là ngẫu nhiên và hàm cầu tưới tất định giảm dần (tưới theo cơ chế thị trường cạnh tranh) 18