Áp dụng lý thuyết tối ưu hóa cho bài toán phân bổ hiệu quả tài nguyên nước ở lưu vực sông Hồng Thái Bình. (tt)
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (810.51 KB, 28 trang )
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
1.1.
TỔNG QUAN
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
1.3.
Tình trạng khẩn cấp trong mùa lũ
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
h
n
k 1
i 1
s j y jk xij 0
(k 1,..., m) (fk là các ràng buộc sản xuất)
(j 1,..., m) (các ràng buộc sản xuất - tiêu dùng)
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
maximize
np nu a q
TB B f ( xij )dxij
i 1 u 1
u
i
(2.5)
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 Đông
Kênh Chính
Tháng
B (tr.
A
B (tr.
A
VNĐ)
Kênh Giữa
B (tr.
A
VNĐ)
Kênh Tây
B (tr.
A
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
Tháng
A
B (tr.
VNĐ)
Kênh Đông
A
B (tr.
VNĐ)
Kênh Giữa
A
B (tr.
VNĐ)
Kênh Tây
A
B (tr.
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
Năm
Tổng Q
Chi phí
Phát điện tại Sơn
La
Phát điện tại Hòa
Bình
Tƣới
TB
TC
AC(Q)
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
1
111.40
2
3
4
5
6
7
1763.5
7
1574.4
6
97.37
1620.8
1
1160.2
6
1766.4
4
8
6.19
9
1381.1
4
10
543.22
11
0.00
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
6.19
486.50
989.00
6.19
1556.1
2
1886.5
2
2626.9
2
1414.1
3
2402.0
8
2945.0
1
1298.8
4
809.07
2051.3
2
1412.6
0
T2
140.4
6
501.2
6
1788.
08
918.5
3
929.5
3
859.2
8
480.9
1
1459.
98
31.08
372.2
3
2033.
20
1025.
80
2681.
96
2015.
08
991.5
1
2419.
31
262.8
1
1081.
13
2469.
38
26.48
1558.
57
1635.
18
951.4
5
1287.
74
438.6
1
T3
1207.
99
0.00
0.00
0.00
1331.
61
1893.
62
0.00
0.00
1045.
82
746.9
9
0.00
0.00
0.00
104.6
3
392.6
8
849.2
4
606.7
7
0.00
1330.
99
964.8
0
1228.
95
924.9
6
1485.
01
2312.
00
0.00
T4
T5
27.02
0.00
728.7
9
1972.
62
1668.
07
27.01
0.00
27.02
1080.
32
455.0
4
1209.
82
991.5
3
2573.
98
23.45
1734.
83
1088.
61
1894.
97
763.2
3
27.01
1848.
48
27.01
2350.
75
1612.
24
690.7
1
455.6
4
1158.
42
946.2
3
26.89
1003.
54
1275.
41
0.00
0.00
0.00
947.8
1
676.8
3
1476.
61
0.00
973.6
3
712.9
9
202.8
0
873.3
1
0.00
1966.
65
2339.
43
1777.
42
790.7
8
2900.
87
2260.
66
0.00
3248.
55
T6
1845.
42
6833.
10
3100.
55
1432.
96
6823.
78
5611.
61
3006.
92
1832.
28
2697.
77
4404.
00
0.00
5669.
56
3559.
89
3438.
94
7239.
27
5783.
62
5660.
65
3599.
47
0.00
8215.
24
6726.
73
8911.
29
7811.
13
4312.
76
3801.
94
14
T7
5182.
48
T8
8911.
29
8911.
29
0.00
0.00
0.00
0.00
6637.
65
4578.
78
0.00
2588.
09
4985.
80
135.5
7
8911.
29
0.00
0.00
3385.
35
0.00
2016.
37
5650.
48
8279.
13
7450.
84
7753.
27
0.00
4417.
68
7839.
33
8911.
29
4749.
68
8641.
87
6154.
02
0.00
0.00
7774.
70
0.00
0.00
0.00
8911.
29
7819.
83
0.00
0.00
8400.
66
7698.
38
8194.
88
7780.
82
0.00
4256.
29
0.00
0.00
8900.
81
6650.
94
T9
5066.
64
7621.
35
6030.
11
8043.
57
6166.
30
8889.
61
6268.
97
7450.
90
8883.
44
5537.
73
3829.
53
5322.
48
3132.
72
6233.
57
5807.
62
5054.
69
5763.
21
7666.
60
6448.
69
8911.
29
6254.
13
5452.
19
3750.
59
7725.
52
6568.
60
T 10
3357.
02
4906.
73
3715.
81
5301.
75
6781.
56
3994.
29
4552.
66
3086.
09
2087.
49
3435.
73
2126.
52
0.00
5242.
03
4360.
06
5139.
69
4315.
31
3965.
93
5696.
21
1415.
89
5236.
00
6262.
34
5702.
20
1732.
01
1540.
10
3115.
88
T 11
2778.
72
5250.
53
2846.
53
5020.
09
857.2
4
4522.
36
3738.
97
3143.
94
1656.
90
600.3
3
0.00
2245.
63
2327.
98
0.00
0.00
3873.
98
3937.
14
4193.
98
3379.
93
7394.
63
2423.
18
5261.
68
2090.
60
3016.
96
1502.
10
T 12
20.21
965.1
8
3198.
75
1041.
65
1431.
64
956.8
1
1541.
18
2659.
92
2057.
34
2094.
42
1818.
53
3439.
87
527.5
2
2603.
85
2566.
02
449.5
7
715.7
5
743.3
3
23.00
1022.
54
2572.
63
3101.
86
0.00
21.99
1245.
82
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
Kết quả 3: Phân tích cấu trúc độc quyền tự nhiên khi cầu tưới ngẫu nhiên
giảm dần và dòng chảy đến ngẫu nhiên (tưới đủ)
Kết quả 4: Phân tích cấu trúc độc quyền tự nhiên khi cầu tưới ngẫu nhiên
giảm dần và dòng chảy đến ngẫu nhiên (không yêu cầu tưới đủ)
Một kết quả đƣợc lấy làm ví dụ cho hệ thống Núi Cốc trên Hình 4.6
1.8
AC
1.3
MB
0.2
0.15
0.1
MC
0.8
0.05
0
0.3
-0.05 0
-0.2 0
200
400
600
800
AC
MB
MC
#REF!
200
400
600
800
-0.1
Hình 4.6 Cấu trúc độc quyền tự nhiên của Núi Cốc với các năm 5, 13
Nhận xét: Dựa trên các kết quả tối ƣu ở chƣơng 3, tác giả đã sử dụng thủ tục
trên để xác định các quan hệ AC và MB cho nhiều tình huống khác nhau, ví dụ
nhƣ tối ƣu theo tháng và tối ƣu theo năm, các kết quả nhận đƣợc hầu nhƣ cùng
dẫn tới một kết luận thống nhất là: Hệ thống Núi Cốc, thiên về cung cấp nƣớc
tƣới, có đặc điểm của cấu trúc độc quyền tự nhiên mạnh.
4.3 Tối ƣu hóa động ngẫu nhiên phục vụ nghiên cứu về cấu trúc độc quyền
tự nhiên của hệ thống hồ chứa Sơn La – Hòa Bình
4.3.1 Tối ưu hóa động với cầu tưới đủ tất định giảm và dòng chảy đến ngẫu
nhiên (mô hình chi phí hàm mũ)
4.3.2 Tối ưu hóa động với cầu tưới trước Đổi mới và dòng chảy đến ngẫu
nhiên
4.3.3 Tối ưu hóa động với cầu tưới tất định sau Đổi mới và dòng chảy đến
ngẫu nhiên (mô hình với chi phí hàm mũ)
4.3.4 Tối ưu hóa động với cầu tưới giảm và dòng chảy đến ngẫu nhiên không
có sự can thiệp của chính phủ
4.3.5 Tối ưu hóa động với cầu tưới ngẫu nhiên giảm và dòng chảy đến ngẫu
nhiên trong điều kiện tưới đủ (mô hình với chi phí bậc ba)
19
4.3.6 Tối ưu hóa động với cầu tưới ngẫu nhiên giảm và dòng chảy đến ngẫu
nhiên trong điều kiện cạnh tranh hoàn hảo (mô hình với chi phí bậc ba)
4.3.7 Cấu trúc độc quyền tự nhiên yếu với mô hình cầu tưới ngẫu nhiên
ARIMA (mô hình với chi phí hàm mũ)
4.3.8 Tối ưu hóa động với cầu tưới ngẫu nhiên giảm, dòng chảy đến ngẫu
nhiên, và cầu điện tăng (mô hình với chi phí hàm mũ)
4.3.9 Cấu trúc độc quyền tự nhiên yếu tính theo tháng (mô hình với chi phí
hàm mũ)
Một kết quả đƣợc lấy làm ví dụ cho hệ thống Sơn La –Hòa Bình trên Hình 4.13
1.4
0.5
1.2
0.4
1
0.3
0.8
0.2
0.6
0.4
0.1
0.2
0
-0.1
0
100000
AC
200000
MB
300000
0
-0.2 0
100000
AC
MC
200000
MB
300000
MC
Hình 4.13 Cấu trúc độc quyền tự nhiên cho các năm 3, 7, 9, 11, 17, 23
Nhận xét: Các kết quả nhận đƣợc hầu nhƣ cùng dẫn tới một kết luận thống nhất
là: Hệ thống Sơn La-Hòa Bình, chủ yếu sử dụng cho phát điện, có thuộc tính
của cấu trúc độc quyền tự nhiên yếu
4.4 Kết luận chƣơng
Dựa vào các kết quả đã tính toán về đặc tính độc quyền tự nhiên mạnh cho hệ
thống Núi Cốc và yếu đ[í với Sơn La-Hòa Bình, dựa trên các phân tích lý
thuyết, thì khuyến cáo chính sách là hỗ trợ cho hệ thống tƣới Núi Cốc để bảo
đảm sản xuất nông nghiệp (canh tác lúa) và sử dụng các biện pháp thị trƣờng để
thu hổi lợi nhuận đối với hệ thống độc quyền tự nhiên yêu là Sơn La- Hòa Bình.
20
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1. Kết quả đạt đƣợc của luận án
(i) Chƣơng 2 của luận án đã có những kết quả nghiên cứu nhƣ sau:
Xây dựng các hàm giá trị về nƣớc tƣới, nƣớc sinh hoạt, nƣớc phát điện,... cho
hàm mục tiêu của bài toán tối ƣu hóa tĩnh cho phân bổ hiệu quả tài nguyên
nƣớc dựa vào các nghiên cứu của tác giả trong Để tài Cấp Bộ Nông nghiệp và
Phát triển Nông thôn về “Tính giá trị của các sử dụng nƣớc tại LVSHTB” (Đào
Văn Khiêm, đã nghiệm thu vào 5/2009) và Đề tại Cấp Nhà nƣớc về “Áp dụng
mô hình tối ƣu hóa động cho phân bổ hiệu quả tài nguyên nƣớc tại LVSHTB”
(Bùi thị Thu Hòa, đã nghiệm thu vào tháng 7/2012).
Kế thừa các kết quả nghiên cứu này, luận án đã phát triển tiếp mô hình cầu
động cho tƣới trong giai đoạn nghiên cứu dài hạn hơn. Về mặt lý thuyết, luận
án đã xây dựng cơ sở nền móng cho mô hình cầu động cho tƣới trong một Đề
tài Nghiên cứu Khoa học Cấp cơ sở, Trƣờng Đại học Thủy lợi (Đào Văn
Khiêm, đã nghiệm thu vào 12/2016), và đã thực hiện ƣớc lƣợng xấp xỉ cầu
động cho tƣới lúa ở một số địa phƣơng ở LVSHTB. Các đƣờng cầu động này
đã đƣợc tích hợp vào hàm mục tiêu của các sử dụng nƣớc trong các tiểu lƣu vực
đƣợc xem xét. Các kết quả xây dựng cầu động cũng có thể phát triển cho cầu sử
dụng nƣớc cho phát điện, nhƣng vì phạm vi nghiên cứu bị hạn chế nến luận án
chỉ ƣớc lƣợng một cách sơ lƣợc về động thái thay đổi của cầu nƣớc cho phát
điện, cầu nƣớc cho thủy sản và một số sử dụng nƣớc khác.
Đối với hàm mục tiêu biểu diễn giá trị của các sử dụng nƣớc, luận án đã phát
triển một cấu trúc chi phí dựa trên tiếp cận xây dựng cấu trúc chi phí đặc trƣng
cho một hệ thống “độc quyền tự nhiên” thể hiện khoảng cách lớn một cách
đáng kể giữa chi phí xây dựng cơ sở hạ tầng và chi phí vận hành và bảo dƣỡng
(O&M). Các đặc tính này sẽ ảnh hƣởng rất nhiều đến tính tồn tại duy nhất
nghiệm và tính ổn định của nghiệm tối ƣu của các chƣơng trình tối ƣu hóa. Về
21
mặt kinh tế, các đặc tính này là nhân tố then chốt để chỉ ra tính “độc quyền tự
nhiên” của việc quản lý các hệ thống hồ chứa đƣợc xét trong phần sau của
nghiên cứu.
(ii) Chƣơng 3 của luận án đã thực hiện thành công một số công việc trong việc
mô hình hóa và chạy các chƣơng trình máy tính, đƣợc tóm tắt nhƣ sau:
Xây dựng và ƣớc lƣợng các mô hình ARIMA để mô phỏng dòng chảy đến
trong các ràng buộc động của bài toán tối ƣu hóa động. Công việc này đƣợc
thực hiện nhờ các phần mềm Thống kê Kinh tế Lƣợng nhƣ Stata 13, Ngôn ngữ
R và số liệu đƣợc Viện Quy hoạch Thủy lợi cung cấp cho các Đề tài Nghiên
cứu Khoa học Cấp Bộ (2009) và Cấp Nhà nƣớc (2011) mà tác giả đã trực tiếp
tham gia. Cũng dựa trên tiếp cận này, luận án cũng ƣớc lƣợng xấp xỉ mô hình
cầu tƣới động dựa vào biến động giá của sản lƣợng lúa của khu vực nghiên cứu.
Xây dựng các mô hình tối ƣu hóa động cho phân bổ hiệu quả tài nguyên nƣớc
cho các Hệ thống Hồ chứa Núi Cốc tại các tiểu lƣu vực Sông Công và Hệ thống
Hồ chứa Sơn La – Hòa Bình tại tiểu lƣu vực Sông Đà. Với các số liệu có đƣợc
từ Viện Quy hoạch Thủy lợi, và sử dụng Phần mềm mới nhất Lingo 16 & 17
(có bản quyền do Hãng phần mềm LINDO hỗ trợ), luận án đã chạy hàng ngàn
chƣơng trình tối ƣu hóa động ứng với các mô phỏng khác nhau của dòng chảy
đến của hệ thống hồ chứa cho mỗi hệ thống đƣợc nghiên cứu, và các kết quả
đƣợc trình bày trong Chƣơng 3 cho thấy thỏa mãn tính duy nhất nghiệm và tính
ổn định nghiệm của tất cả các chƣơng trình tối ƣu.
Chƣơng 3 cũng đề cập tới một dạng mô hình cầu động cho nƣớc dành cho sản
xuất thủy năng. Tính động học của cầu nƣớc cho phát điện đƣợc dựa trên quy
luật tăng trƣởng logistic cho tăng trƣởng sản lƣợng điện. Với giả thiết này, cùng
với các số liệu đầu vào của các nhà máy thủy điện trong phạm vi xem xét cùng
với các quan sát tăng trƣởng giá điện trong các quốc gia có điều kiện tăng
trƣởng kinh tế gần với Việt nam, mô hình tối ƣu hóa động cho ra các nghiệm tối
22
ƣu duy nhất và ổn định. Tuy nhiên, nghiên cứu chi tiết hơn cần đƣợc tiếp tục
trong các nghiên cứu tƣơng lai.
(iii) Các kết quả nghiên cứu thực hiện trong Chƣơng 4 của luận án:
Luận án đã sử dụng các kết quả của các chƣơng trình tối ƣu hóa động kết hợp
với các phƣơng pháp hồi quy kinh tế lƣợng để xây dựng các quan hệ lợi ích với
các mức cung cấp nƣớc của hệ thống và quan hệ giữa chi phí trung bình với các
mức cung cấp nƣớc của hệ thống. Trên cơ sở đó, xây dựng mô hình cung cầu
cho cung cấp nƣớc của hệ thống, và từ đó xác định các đặc trƣng của tính độc
quyền tự nhiên của hệ thống. Kết quả cho thấy cả hai hệ thống đƣợc xét đều là
“độc quyền tự nhiên”, tuy nhiên, Hệ thống Núi Cốc có đặc tính của một “độc
quyền tự nhiên” mạnh, và Hệ thống Sơn La – Hòa Bình có đặc tính của một
“độc quyền tự nhiên” yếu.
Từ đặc tính “độc quyền tự nhiên” riêng của mỗi hệ thống, theo Lý thuyết Tổ
chức Công nghiệp (một dạng Lý thuyết Kinh tế Vi mô tổng quát mới đƣợc phát
triển gần đây), các tiếp cận điều tiết sẽ là khác nhau. Với Hệ thống Núi Cốc, kết
quả các chƣơng trình tối ƣu hóa động đề xuất giải pháp điều tiết độc quyền là
trợ cập để bù đắp chi phí cho hệ thống, ví dụ nhƣ bằng biện pháp định giá
Ramsey. Tuy nhiên, với Hệ thống Sơn La – Hòa Bình, kết quả của các chƣơng
trình tối ƣu hóa động cho thấy biện pháp điều tiết của chính phủ sẽ là áp dụng
các biện pháp theo định hƣớng thị trƣờng hóa kết hợp với các điều tiết bằng
phƣơng pháp đấu thầu định kỳ cùng với đánh thuế độc quyền.
2. Tóm tắt các đóng góp chính 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 phân bổ
23
