Ứng dụng lý thuyết trò chơi giải quyết xung đột về môi trường

Đại Học Quốc Gia Thành Phố Hồ Chí Minh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
------------

CÙ XUÂN THÀNH

ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT TRÒ CHƠI GIẢI
QUYẾT XUNG ĐỘT VỀ MƠI TRƯỜNG

Chun ngành: TỐN ỨNG DỤNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP . HỒ CHÍ MINH, tháng 06 năm 2014


1

Đại Học Quốc Gia Thành Phố Hồ Chí Minh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
------------

CÙ XUÂN THÀNH

ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT TRÒ CHƠI GIẢI
QUYẾT XUNG ĐỘT VỀ MƠI TRƯỜNG

Chun ngành: TỐN ỨNG DỤNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP . HỒ CHÍ MINH, tháng 06 năm 2014


4
Luận văn thạc sĩ: Ứng dụng lý thuyết trò chơi giải quyết xung đột về mơi trường.

CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS.TSKH Bùi Tá Long ............................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
Cán bộ chấm nhận xét 1 : TS. Nguyễn Bá Thi............................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
Cán bộ chấm nhận xét 2 : PGS.TS Mai Đức Thành ...................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN
THẠC SĨ ....................................................................................................
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày 20 tháng 06 năm 2014

5
Luận văn thạc sĩ: Ứng dụng lý thuyết trò chơi giải quyết xung đột về môi trường.

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH

ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC

Tp. HCM, ngày 20 tháng 06 năm 2014.
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên:

Cù Xuân Thành

Phái: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 31-10-1986

Nơi sinh: Hà Tĩnh

Chuyên ngành: Toán ứng dụng

MSHV: 10240514.

I- TÊN ĐỀ TÀI:
“ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT TRÒ CHƠI GIẢI QUYẾT XUNG ĐỘT VỀ
MƠI TRƯỜNG”
II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
• Nghiên cứu mơ hình tốn trong dự báo và phân tích cung cấp nước, nhu cầu
nước và tình trạng thiếu nước trong các lĩnh vực khác nhau trong thành phố, quốc

gia khan hiếm nước.
• Xây dựng giải thuật để giải quyết xung đột về tài nguyên nước.
III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 10/02/2014
IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 20/06/2014
V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TSKH. Bùi Tá Long
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CN BỘ MÔN
QL CHUYÊN NGÀNH

PGS.TSKH Bùi Tá Long

PGS.TSKH Nguyễn Đình Huy
TRƯỞNG KHOA

TS. Huỳnh Quang Linh


6
Luận văn thạc sĩ: Ứng dụng lý thuyết trò chơi giải quyết xung đột về môi trường.

LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc của mình tới Thầy
hướng dẫn- PGS.TSKH Bùi Tá Long – người đã khơng quản ngại khó
khăn ln khuyến khích, quan tâm giúp đỡ, truyền đạt kiến thức và tạo
mọi điều kiện thuận lợi giúp tơi hồn thành Luận văn tốt nghiệp này.
Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn chân thành đến tập thể Thầy, Cơ giáo
phịng Đào tạo sau Đại học, Bộ mơn Tốn Ứng Dụng- Khoa Khoa học
Ứng Dụng-Trường Đại học Bách Khoa- Đại học Quốc Gia Tp. HCM đã
tận tình dạy dỗ, truyền đạt kiến thức cho tơi trong suốt khóa học.

Cuối cùng tơi xin cảm ơn đến tồn thể bạn bè, người thân, gia đình
đã ln bên cạnh tôi, cổ vũ tinh thần lớn lao và đã ủng hộ tôi trong suốt
thời gian học tập vừa qua.

Cù Xuân Thành


7
Luận văn thạc sĩ: Ứng dụng lý thuyết trò chơi giải quyết xung đột về mơi trường.

TĨM TẮT
Suy thối chất lượng nước và tình trạng khan hiếm nước là hai vấn đề nghiêm
trọng. Việc quản lý tài nguyên nước để giải quyết hai vấn đề trên thường liên quan
đến các cuộc xung đột. Trong trường hợp khơng có thị trường và tài sản độc quyền,
những cuộc xung đột là không thể tránh khỏi. Lý thuyết trò chơi là một cách tiếp
cận thích hợp để mơ phỏng và giải quyết các cuộc xung đột trên.
Mục tiêu chung của nghiên cứu này là sử dụng “lý thuyết trò chơi” để phát
triển một phương pháp thực tế và cơ chế để thúc đẩy tối đa hóa phúc lợi cơng cộng
từ góc độ kinh tế xã hội và mơi trường. Các mơ hình được đánh giá bởi dự báo và
phân tích kịch bản. Sử dụng lý thuyết trò chơi hợp tác, giá trị Shapley, Hạt nhân để
phân bổ tối ưu nguồn nước và tính tốn chức năng lợi ích và chi phí của các người
chơi. Cách tiếp cận các mơ phỏng lý thuyết trị chơi và kết quả mang lại lợi ích
khơng chỉ các nhóm đối tượng khác nhau của các bên liên quan nước, mà còn đối
với các nhà sản xuất quyết định để thực hiện chính sách như số lượng, bảo vệ chất
lượng, giá nước cũng như bồi thường thiệt hại sinh thái.


8
Luận văn thạc sĩ: Ứng dụng lý thuyết trò chơi giải quyết xung đột về môi trường.

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................6
TĨM TẮT ..................................................................................................................7
MỞ ĐẦU ..................................................................................................................12
1. Tính cấp thiết của Luận văn ..............................................................................12
2. Mục tiêu của Luận văn ......................................................................................13
3. Nội dung công việc thực hiện ............................................................................13
4. Phạm vi, giới hạn của đề tài ..............................................................................14
CHƯƠNG 1..............................................................................................................15
TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CÁC NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ....................15
1.1. Xung đột trong quản lý tài nguyên nước ........................................................15
1.1.1. Trong nước...............................................................................................15
1.1.2. Thế giới ....................................................................................................16
1.2. Mục tiêu và nguyên tắc quản lý tài nguyên nước ...........................................20
1.3. Giải quyết xung đột nguồn nước ....................................................................21
1.4. Ứng dụng lý thuyết trò chơi trong quản lý tài nguyên nước ..........................26
CHƯƠNG 2..............................................................................................................29
CƠ SỞ LÝ THUYẾT ..............................................................................................29
2.1. Lý thuyết trò chơi và quản lý tài ngun nước...............................................29
2.1.1. Mơ hình lý thuyết trị chơi .......................................................................32
2.1.2. Cách tiếp cận lý thuyết trò chơi quản lý tài nguyên nước .......................38
2.1.3. Sử dụng lý thuyết trò chơi để giải quyết cuộc xung đột nước .................41
2.1.4. Thông tin sử dụng cho mơ hình lý thuyết trị chơi ..................................44
2.2. Giá trị lõi – Giá trị Shapley – Hạt nhân ..........................................................46
2.2.1. Giá trị lõi ..................................................................................................47


9
Luận văn thạc sĩ: Ứng dụng lý thuyết trò chơi giải quyết xung đột về môi trường.

2.2.2. Giá trị Shapley .........................................................................................51
2.2.3. Hạt nhân ...................................................................................................52
CHƯƠNG 3..............................................................................................................55
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.................................................................................55
3.1.Trường hợp nghiên cứu cụ thể ........................................................................55
3.1.1. Vùng nghiên cứu ......................................................................................55
3.1.2. Áp dụng phương pháp nghiên cứu ..........................................................57
3.1.3. Đánh giá giải pháp lý thuyết trị chơi ......................................................72
3.2. Giải quyết bài tốn giả định về xung đột nước ..............................................74
3.2.1. Đối tượng nghiên cứu giả định ................................................................75
3.2.2. Giải quyết bài toán giả định .....................................................................76
3.3. Thảo luận ........................................................................................................81
3.4. Kết luận ..........................................................................................................81
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................83


10
Luận văn thạc sĩ: Ứng dụng lý thuyết trò chơi giải quyết xung đột về môi trường.

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Mục tiêu và nguyên tắc của quản lý tài nguyên nước .............................20
Bảng 1.2: Cơng cụ chính sách để giải quyết các cuộc xung đột nước ....................24
Bảng 2.1 : Các dữ liệu được sử dụng cho mơ hình lý thuyết trị chơi ......................45
Bảng 3.1. Danh sách các liên minh ..........................................................................59
Bảng 3.2. Giá tị kinh tế hàng năm của hợp tác sông Nile ........................................65
Bảng 3.3. Các thành phần đặc trưng của trò chơi hợp tác sông Nile ......................66
Bảng 3.4. Giá trị lõi của Trị chơi phân bổ sơng Nile ..............................................68
Bảng 3.5. Giới hạn cho giá trị lõi của trò chơi phân bổ sơng Nile ..........................68
Bảng 3.6. Hạt nhân của Trị chơi phân bổ sông Nile ...............................................71
Bảng 3.7. Giá trị Shapley .........................................................................................72

Bảng 3.8. Điểm trung tâm giả thiết của trò chơi phân bổ sông Nile ........................73
Bảng 3.9. Đánh giá giải pháp lý thuyết trò chơi .......................................................74
Bảng 3.10. Danh sách các liên minh ........................................................................75
Bảng 3.11. Lượng nước tiêu tốn cho thuỷ lợi và thuỷ điện được tạo ra. .................75
Bảng 3.12. Lợi ích kinh tế của các quốc gia. ............................................................76
Bảng 3.13. Giá trị đặc trưng của trò chơi hợp tác. .................................................76
Bảng 3.14. Trọng số xác suất cho giá trị Shapley cho các liên minh khả thi ...........77
Bảng 3.15. Giá trị Shapley ........................................................................................77
Bảng 3.16. Hạt nhân của trò chơi phân bổ ...............................................................79
Bảng 3.17. Đánh giá giải pháp lý thuyết trò chơi .....................................................80


11
Luận văn thạc sĩ: Ứng dụng lý thuyết trò chơi giải quyết xung đột về mơi trường.

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Công cụ để giải quyết các cuộc xung đột nước ........................................23
Hình 2.1: Một cây trị chơi được sử dụng để minh họa cho trị chơi. ......................36
Hình 2.2: Trị chơi bất đối xứng ...............................................................................36
Hình 2.3: Trị chơi tổng bằng khơng .........................................................................37
Hình 2.4 : Trị chơi song đề tù nhân. ........................................................................37
Hình 2.5: Trị chơi thơng tin khơng hoản hảo. .........................................................38
Hình 2.6 : Thiên nhiên và xã hội lồi người từ góc độ lý thuyết trị chơi ................40
Hình 2.7: Một chiến lược quản lý tài nguyên nước sử dụng lý thuyết trò chơi ........44
Hình 2.8. Lưu vực sơng Nile .....................................................................................56
Hình 3.1. Lưu vực sơng Nile được biểu diễn trong mơ hình tối ưu kinh tế. .............64


12
Luận văn thạc sĩ: Ứng dụng lý thuyết trò chơi giải quyết xung đột về mơi trường.

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của Luận văn
Nước là nguồn tài nguyên vô cùng q giá mà tự nhiên ban tặng cho lồi
người, khơng có nước thì khơng có sự sống và cũng khơng có một hoạt động kinh tế
nào có thể tồn tại được. Nước là khởi đầu và là nhu cầu thiết yếu của sự sống, là yếu
tố quan trọng của sản xuất, là nhân tố chính để bảo đảm mơi trường, thậm chí nó
cịn được đánh giá quan trọng hơn dầu mỏ trong vòng 50 năm tới theo khẳng định
trong một nghiên cứu của Liên Hiệp Quốc. Dù rằng nguồn tài nguyên này có khả
năng tự tái tạo, song khả năng đó ngày càng bị chi phối mạnh mẽ bởi thời tiết và bị
ảnh hưởng bởi thực tiễn khai thác quá mức cộng với tình trạng ơ nhiễm mơi trường
nước ngày càng tăng. Vì thế nhiều nơi trên thế giới và nhiều lưu vực sông đang
đứng trước nguy cơ thiếu hụt nước cho sinh hoạt và sản xuất, nhất là mùa khơ và
những năm hạn hán. Từ đó nảy sinh ra những mâu thuẫn, tranh chấp trong việc khai
thác sử dụng và bảo vệ nguồn nước.
Khan hiếm nước là một thực tế mà hầu như quốc gia nào cũng phải đối mặt và
ngày được quan tâm nhiều hơn. Cùng với sự đầu tư yếu kém về cơ sở hạ tầng ngành
nước đã khiến cho nhiều quốc gia trên thế giới phải đối mặt với sự cạnh tranh ngày
càng gay gắt trong khai thác sử dụng tài nguyên nước giữa các ngành dùng nước
với nhau, giữa khu vực thượng nguồn và hạ lưu, giữa khu vực đô thị và nông thôn,
và giữa nhu cầu phát triển kinh tế xã hội với yêu cầu bảo vệ môi trường và các hệ
sinh thái. Đứng trước tình trạng khan hiếm nước và phân bố khơng đều, nhiều quốc
gia và nhiều tổ chức đã tiến hành nhiều nghiên cứu khác nhau nhằm tìm kiếm các
giải pháp tốt nhất cho việc phân phối, khai thác sử dụng khác nhau.
Vấn đề phân bổ tài nguyên nước đã trở thành tâm điểm của nhiều cuộc xung
đột cả trong nước và quốc tế. Sự cạnh tranh nước là điều hiển nhiên khơng chỉ về số
lượng mà cịn chất lượng. Thủy lợi, cơng nghiệp, nơng nghiệp, hộ gia đình và mơi
trường đô thị đang cạnh tranh công bằng cho phần nước của họ. Nhiều cuộc đàm

13
Luận văn thạc sĩ: Ứng dụng lý thuyết trò chơi giải quyết xung đột về môi trường.

phán bắt đầu với các bên dựa trên cơ sở quyền lợi về vị trí, nghĩa là một ven sơng có
quyền phân bổ nhất định dựa trên chế độ quyền nước trong nội bộ đất nước theo
thỏa thuận lưu vực sông. Các mục tiêu cơ bản trong phân bổ nguồn nước được chú
ý đến là quyền sử dụng nước công bằng, hiệu quả.
Để đạt được mục tiêu phân bổ nước địi hỏi phải có sự hợp tác tất cả các bên
liên quan trong việc chia sẻ tài ngun nước. Tuy nhiên, có rất ít nghiên cứu phối
hợp xem xét cả hai khía cạnh hiệu quả và công bằng trong phân bổ nguồn nước.
Lý thuyết trị chơi là một phương pháp thích hợp để mơ hình hóa và giải quyết
xung đột nước. Lý thuyết này đã được đưa ra bởi John von Neumann, một nhà tốn
học lớn người Mỹ. Khái niệm mơ hình lý thuyết trò chơi đã được áp dụng rộng rãi
trong kinh tế, thương mại, xã hội, chính trị, sinh học, và các ngành khoa học khác
để giúp mọi người phân tích các hiện tượng xã hội và đã thực hiện thành công tại
nước ngồi, để từ đó có thể áp dụng vào thực tiễn Việt Nam.
Mục đích của Luận văn là tìm hiểu ứng dụng lý thuyết toán, đặc biệt là lý
thuyết trị chơi nhằm tìm kiếm giải pháp hợp lý cho hợp tác phân bổ tài nguyên
nước một cách công bằng và hiệu quả, trong đó tích hợp phân bổ quyền về nước,
phân phối thu nhập công bằng trong bối cảnh thực tế khó khăn do khan hiếm nước,
do việc xây dựng đập, biến đổi khí hậu.
2. Mục tiêu của Luận văn
Ứng dụng lý thuyết trị chơi và mơ hình tốn để giải quyết vấn đề khan hiếm
nước. Từ đó dự báo và định hướng những hợp tác liên minh đúng đắn cho các thành
phố, quốc gia.
3. Nội dung công việc thực hiện
Để đạt được mục tiêu trên, trong Luận văn này sẽ thực hiện các nội dung sau:


14

Luận văn thạc sĩ: Ứng dụng lý thuyết trò chơi giải quyết xung đột về mơi trường.

 Phân tích những vấn đề tồn tại ở các thành phố, quốc gia khan hiếm
nước.
 Xây dựng mơ hình trị chơi để phân tích phân phối nước trong lộ trình
chuyển nước qua nhiều tỉnh thành, quốc gia.
 Xây dựng giải pháp trò chơi, các kịch bản và chạy kịch bản.
4. Phạm vi, giới hạn của đề tài
Trong quá trình thực hiện do thời gian và đặc biệt là số liệu còn hạn chế nên:
 Đề tài chỉ xem xét giải quyết xung đột tài nguyên nước về mặt số
lượng.
 Phương án đề tài đưa ra được kiểm định dựa trên bài toán giả định.
 Chưa áp dụng được thực tiễn cho Việt Nam.


15
Luận văn thạc sĩ: Ứng dụng lý thuyết trò chơi giải quyết xung đột về môi trường.

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CÁC NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN
1.1. Xung đột trong quản lý tài nguyên nước
Nguồn nước là rất cần thiết cho sự tồn tại của con người và tất cả các sinh vật.
Từ quan điểm kinh tế, tài nguyên nước là nguồn cung cấp một loạt các dịch vụ cho
các hoạt động sinh hoạt, tiêu dùng như công, nông, ngư nghiệp. Tuy nhiên, suy
thối chất lượng nước và tình trạng khan hiếm nước là hai vấn đề nghiêm trọng ở
các nước đang phát triển. Do về thời gian và không gian, lượng mưa phân phối
không đồng đều, tốc độ tiêu thụ nước tăng tỉ lệ cấp số nhân với tốc độ gia tăng dân
số. Suy thoái chất lượng nước, nhiệt độ tăng, cũng như cung cấp nước ngày càng
giảm ở các nước đang khan hiếm. Người ta ước tính rằng vào năm 2025, trên thế
giới khoảng 7,9 tỷ người sẽ rất khó hoặc thậm chí khơng thể đáp ứng nhu cầu nước

sạch cơ bản để uống, nấu ăn và các dịch vụ khác. Quản lý tài nguyên nước liên quan
đến những vấn đề này thường xảy ra mâu thuẫn hoặc xung đột. Quyền sở hữu nước
rất khó để xác định, do đó thị trường nước là khơng dễ dàng để thiết lập ở hầu hết
các quốc gia. Trong trường hợp khơng có các quyền và thị trường tài sản độc quyền,
xung đột giữa nhiều bên liên quan do cạnh tranh cho sử dụng nước là không thể
tránh khỏi. Để giải quyết vấn đề này các mơ hình quản lý tài nguyên nước cần được
đưa ra để giải quyết các cuộc xung đột liên quan. Lý thuyết trò chơi là một phương
pháp hữu ích để mơ hình các cuộc xung đột như vậy. Lý thuyết này nghiên cứu các
chiến lược và cân bằng của nhiều người chơi trong các tình huống tương tác và phụ
thuộc lẫn nhau.
1.1.1. Trong nước
Theo dự báo đến năm 2030 có khoảng 60 quốc gia thiếu nước trầm trọng,
trong đó có Việt Nam.
Ở nước ta, nước sử dụng cho sinh hoạt là 70 % nước mặt và 30 % nước ngầm.
Tuy nhiên, trong những năm gần đây do khai thác quá mức nên mạch nước ngầm tại


16
Luận văn thạc sĩ: Ứng dụng lý thuyết trò chơi giải quyết xung đột về môi trường.

một số thành phố lớn như: Hà Nội, TP. Hồ Chí Minh đã bị ô nhiễm các chất hữu cơ
và gây sụt lún. Ở các vùng ven biển nước giếng khoan đã hóa mặn và tình trạng
nhiễm mặn ngày càng gia tăng.
Trước tình hình này, Bộ tài nguyên môi trường cho biết, trong thời gian tới,
Bộ sẽ thực hiện xây dựng và tổ chức quy hoạch bảo vệ nguồn nước, quy hoạch hệ
sinh thái thủy sinh, đảm bảo chất lượng nguồn nước, cung cấp các nguồn nước khác
nhau cho nhu cầu sinh họat. Đồng thời, thực hiện đồng bộ các biện pháp phịng
chống ơ nhiễm mạch nước ngầm, đảm bảo dòng chảy tối thiểu cho các dịng sơng,
ngăn chặn và xử lý tình trạng khai thác mạch nước ngầm quá mức.
1.1.2. Thế giới

Trên thế giới, xung đột về tài nguyên nước thường diễn ra ở một số lưu vực
sông lớn như lưu vực sông Jordan (chảy qua Li-băng, Syria, Israel, Jordan), lưu vực
sông Tigris và Euphrates (bắt nguồn từ Thổ Nhĩ Kỳ), lưu vực sông Nile (cung cấp
nước cho người dân hai quốc gia là Ai Cập và Sudan), lưu vực sông Indus, lưu vực
sông Hằng (Ganges) và lưu vực sông Mê Công. Trong đó, mâu thuẫn nghiêm trọng
giữa Trung Quốc và Uỷ hội sông Mê Công quốc tế về vấn đề nguồn nước sông Mê
Công khiến cộng đồng quốc tế không khỏi lo ngại. Là nước thượng nguồn, Trung
Quốc đã tìm nhiều cách để sở hữu nguồn nước Mê Công như: không tham gia Ủy
hội Sông Mê Công (bao gồm các nước: Myanmar, Lào, Thái Lan, Caphuchia và
Việt Nam), xây dựng nhiều đập nước để làm thủy điện, tích nước, chuyển dịng…
Theo các chuyên gia về tài nguyên nước, xung đột trong quá trình quản lý tài
nguyên nước thường xảy ra giữa nhiều nhóm đối tượng, nhiều bên liên quan trên
các địa bàn khác nhau do lưu vực các con sông thường trải rộng trên nhiều quốc gia
dẫn đến các mẫu thuẫn, xung đột, chiến tranh về sử dụng nguồn nước. Thiếu nước
chỉ là một trong những nguyên nhân gây ra sự xung đột về nguồn nước. Hiện tại,
trên thế giới có tới hơn 1,2 tỷ người không được tiếp cận nguồn nước sạch; khoảng
2,4 tỷ người sống tại các quốc gia khủng hoảng thiếu nguồn nước. Trong tương lai


17
Luận văn thạc sĩ: Ứng dụng lý thuyết trò chơi giải quyết xung đột về môi trường.

gần, vùng Đông Bắc Trung Quốc sẽ trở thành vùng khô hạn nhất thế giới, điều này
gây ảnh hưởng tới 24 triệu người, thậm chí, năm 2017, Thủ đơ Sana của Yemen sẽ
khơng có nước.
Ở nhiều vùng khô hạn, người ta phải khai thác quá mức nguồn nước dự trữ có
khả năng tự tái tạo - đó là nước ngầm để phục vụ nhu cầu phát triển kinh tế, xã hội.
Vì vậy, mực nước ngầm đã hạ xuống rất nhanh tiêu biểu như tại các thung vũng
sông Nile hay sông Tigris và Euphrates. Mực nước ngầm xuống thấp lại tác động
ngược quá trình phát triển kinh tế, xã hội theo hướng tiêu cực.

Ngoài thiếu nước, các nhà phân tích cịn chỉ ra ngun nhân dẫn đến chiến
tranh và xung đột nguồn nước còn do nước là tài nguyên thiên nhiên có giá trị kinh
tế lớn, quản lý nhà nước về tài nguyên nước còn nhiều hạn chế, biểu giá nước, thiếu
sự tham gia của các đối tượng sử dụng nước, điều kiện kinh tế và nhận thức cộng
đồng thấp.
Sau hơn 15 năm tranh luận, cuối tháng 7/2010, Đại Hội đồng Liên Hợp Quốc
đã bỏ phiếu công nhận tiếp cận nước sạch và điều kiện sống hợp vệ sinh là một
trong những quyền căn bản của con người. Đó là một sự cơng nhận khá muộn màng
vì nhiều quyền cơ bản của con người được cơng nhận trước đó khơng thể tồn tại nếu
khơng có nước. Cho đến nay, việc thiếu tiếp cận nước sạch là vi phạm nhân quyền
lớn nhất trên thế giới. Vì thế, giải pháp đầu tiên được đưa ra là phổ biến rộng rãi
hơn nữa khái niệm “Quyền con người về sử dụng nước”.
Cùng với đó, cần xây dựng những thỏa thuận về sử dụng tài nguyên nước có
hiệu lực pháp lý rộng và cao hơn nữa. Thực tế cho thấy, các cuộc xung đột, các
cuộc chiến tranh giành quyền kiểm sốt nguồn nước cũng khơng đem lại lợi ích
tuyệt đối cho một quốc gia nào mà chỉ gây ra nhiều bất ổn, làm căng thẳng thêm
tình hình thế giới. Daniel Zimmer – giám đốc của Hội đồng Nước thế giới nhận
định “Nước suy cho cùng là một nguyên nhân của hợp tác hơn là chiến tranh. Vì nó
q thiết yếu đến nỗi khơng thể chiếm đoạt nó bằng chiến tranh”. Vì thế, thay vì


18
Luận văn thạc sĩ: Ứng dụng lý thuyết trò chơi giải quyết xung đột về môi trường.

việc tranh chấp, đã xuất hiện ngày càng nhiều các thỏa thuận sử dụng nguồn tài
nguyên thiên nhiên quý giá này. Hiện tại, các quốc gia ở châu Âu đang có tới 175
Hiệp ước trong việc sử dụng nguồn tài nguyên chung ở 4 con sơng. Châu Phi có 12
con sơng sử dụng chung và 34 Hiệp ước. Ở châu Á, 45 quốc gia đã có 31 Hiệp ước
được ký kết về sử dụng tài ngun ở 5 con sơng lớn. Có tới 48 Ủy ban hợp tác về sử
dụng chung nguồn nước các con sông ở châu Âu, 23 ở Mỹ, 10 ở châu Phi và 9 ở

châu Á.
Chúng ta cần phải đẩy mạnh hơn nữa việc mở rộng không gian ký kết các hiệp
ước, tổ chức quản lý chung liên quan đến khai thác, sử dụng nguồn tài nguyên nước
ở những khu vực còn tranh chấp, đồng thời tăng cường hiệu quả, tính pháp lý của
những hiệp ước, tổ chức này và tất cả các quốc gia trên các lưu vực sông (đặc biệt
lưu vực sông xuyên quốc gia) đều phải tuân thủ quyết định này.
Để giải quyết các cuộc xung đột gây ra bởi sự khan hiếm nước, [Donevska
2009] đề xuất một số giải pháp kỹ thuật về giảm thất thoát nước, tăng hiệu quả sử
dụng nước và tái chế nước thải, bảo tồn nước, vận chuyển nước, và một số biện
pháp khác. Tuy nhiên, phương pháp sử dụng nước một cách hiệu quả và tái sử dụng
nước thải không đủ để các khu vực này phải đối mặt với tình trạng thiếu nước trầm
trọng. Ngoài ra, sự chuyển hướng nước trong lưu vực liên quan đến một vấn đề đa
ngành [Yevjevich, 2001], và các cuộc xung đột liên quan đến kinh tế xã hội, các vấn
đề môi trường sinh thái, hành chính và lập pháp [Shao et. al 2003; Yang 2005].
Bên cạnh đó, các cơng cụ kinh tế đã được sử dụng rộng rãi để giải quyết xung
đột sử dụng nước [Dinar, 1997; Wang et. al, 2003]. Phương pháp tiếp cận thị trường
nước là một trong những trích dẫn thường xuyên trong các tài liệu [Burness, 1979;
Howe, 1986; Colby, 1990; Green, 2001; Bhaduri et. al, 2003].
Phương pháp thị trường nước có thể cung cấp cho người sử dụng nước với ưu
đãi để phân bổ nước và giảm các chất ô nhiễm thải một cách hiệu quả, và thị trường
thực sự tồn tại ở một số nước, chẳng hạn như Australia [Pegram et. al, 1992],


19
Luận văn thạc sĩ: Ứng dụng lý thuyết trò chơi giải quyết xung đột về môi trường.

California [Howe, 1995], Chile [Hearne, 1995], Ấn Độ [Saleth, 1996], và Tây Ban
Nha [Reidinger, 1994], …
Tuy nhiên, các ứng dụng của lý thuyết trò chơi để giải quyết xung đột trong
quản lý tài nguyên nước là tương đối ít. Ban đầu lý thuyết này được áp dụng vào

việc phân phối chi phí trong các dự án tài nguyên nước và xử lý nước thải [Giglio,
1972; Dinar, 1997, Bogardi et. al 1976] đã chỉ ra rằng có thể áp dụng lý thuyết trị
chơi vào bốn lĩnh vực chính của quản lý nước và cung cấp các giải pháp cho các
vấn đề điển hình trong phân tích quyết định. [Lewandowski 1979] đã sử dụng một
phương pháp tiếp cận lý thuyết trị chơi để mơ hình hóa hành vi của người sử dụng
nước trong vấn đề kiểm soát chất lượng, và số lượng nước.
[Coppola, 2004] đã thiết kế một trò chơi hai người mâu thuẫn để phân tích tối
ưu sự thỏa hiệp giữa cấp nước và nguy cơ ô nhiễm cho Wellfield - thành phố trực
thuộc Trung ương của Mỹ. [Salazar et. al 2007] đã đề xuất các phương pháp giải
quyết xung đột một trò chơi xung đột hai người trong quản lý nước ngầm. Bên cạnh
đó, lý thuyết trò chơi thường xuyên được sử dụng để phân tích phân bổ cơng bằng
tải lượng chất thải sang môi trường tiếp nhận khác [Kilgour et. al, 1988;
Okada,1992; Wei, 2007b]. Lý thuyết này cũng được áp dụng để giải quyết các vấn
đề về phân phối nước và ô nhiễm sông xuyên biên giới, bao gồm cả sông liên quốc
gia [Frisvold, 2000; Van der Veeren, 2003] và trong nội bộ quốc gia [Yang, 2004].
Trong lý thuyết trò chơi, sự phát triển của các khái niệm và phương pháp xung
đột đã nhận được sự quan tâm ngày càng tăng kể từ khi cơng trình tiên phong của
[Nash, 1950] được cơng bố. Dựa trên các phương pháp tiếp cận các tiên đề của
Nash, nhiều sửa đổi và các giải pháp mở rộng đã được giới thiệu. Trong số những
giải pháp này, bốn phương pháp cụ thể đã thường xuyên được sử dụng trong quản
lý nước trong các tài liệu [Coppola, 2004; Salazar et. al, 2007] bao gồm: (1) giải
pháp không đối xứng Nash của [Harsanyi, 1972], (2) giải pháp không đối xứng của
[Kalai, 1975], (3) giải pháp khu vực đơn điệu không đối xứng của [Anbarc, 1993],
và (4) giải pháp tổn thất tương đương không đối xứng của [Chun, 1988].


20
Luận văn thạc sĩ: Ứng dụng lý thuyết trò chơi giải quyết xung đột về môi trường.

1.2. Mục tiêu và ngun tắc quản lý tài ngun nước

Cơng việc chính của quản lý tài nguyên nước là thúc đẩy việc phối hợp sử
dụng nước để tối đa hóa phúc lợi kinh tế, xã hội và môi trường bằng cách đối xử
công bằng, hiệu quả và bền vững. Nhiệm vụ này liên quan đến các mục tiêu và
nguyên tắc của quản lý tài nguyên nước, được tóm tắt trong bảng 1.1.
Bảng 1.1: Mục tiêu và nguyên tắc của quản lý tài nguyên nước (Luật tài nguyên
nước năm 2012)
Mục tiêu

Nguyên tắc

Kết quả
Cung cấp cho các nhu cầu xã hội thiết yếu:
• Nước đầy đủ cho người sử dụng khác nhau

Xã hội

Vốn chủ sở hữu

• Nước uống an tồn và giá cả phải chăng
• Nước vệ sinh
• An tồn lương thực
Tối đa hóa giá trị kinh tế của việc sử dụng nước:
• Phát triển nơng nghiệp và cơng nghiệp

Kinh tế

Hiệu quả

• Sản xuất điện
• Phát triển khu vực, các nền kinh tế địa phương

• Ít gây ơ nhiễm xả
Duy trì chất lượng mơi trường:
• Duy trì chất lượng nước

Mơi
trường

Phát triển bền vững • Hỗ trợ mơi trường sống
• Giá trị thẩm mỹ và tự nhiên
• Duy trì chu trình thủy văn và dịng chảy môi
trường

Vốn chủ sở hữu là việc phân phối công bằng các nguồn tài nguyên nước cho
người tiêu dùng và tiềm năng khác nhau trong các lưu vực sông, ở cấp khu vực,


21
Luận văn thạc sĩ: Ứng dụng lý thuyết trò chơi giải quyết xung đột về môi trường.

quốc gia và quốc tế. Người tiêu dùng nước bao gồm cả con người và các yếu tố tự
nhiên. Vốn chủ sở hữu không phải dễ dàng đạt được, bởi vì những người khác nhau
có thể có những nhận thức khác nhau. Khái niệm về vốn chủ sở hữu phải dựa trên
nền văn hóa và các chỉ tiêu khác nhau. Vốn chủ sở hữu thường bao gồm dịng nước
lưu vực liên quan, trong đó các nhà hoạch định chính sách nước thường chuyển
nước từ vùng giàu nước đến các khu vực khan hiếm. Trong tình huống này, các khu
vực nguồn chuyển nước phải được bồi thường cho họ vì tác động xấu do giảm
nước.
Chất lượng và số lượng nước là hai điểm quan trọng trong quản lý tài nguyên
nước. [Jonch Clause, 2004] nhấn mạnh rằng chất lượng khan hiếm nước, mất nước
đã hoặc sẽ trở thành yếu tố quan trọng hạn chế sự phát triển kinh tế quốc gia, mở

rộng sản xuất thực phẩm và cung cấp các dịch vụ y tế và vệ sinh cho người dân
trong một số các quốc gia. Nước là một trong nhiều nguồn tài nguyên cần thiết cho
cuộc sống không chỉ con người mà cả thiên nhiên môi trường và xã hội. [Hohls,
1996] nói rằng việc sử dụng và lợi ích mà mọi người có được từ nguồn tài nguyên
nước là phụ thuộc về sức khỏe hệ sinh thái. Tuy nhiên, các hệ sinh thái có thể được
tăng cường hay suy yếu đều do sự can thiệp của con người. Nếu khơng có nước về
số lượng và chất lượng đầy đủ, nó khơng thể cho một hệ sinh thái lành mạnh. Theo
Chương trình Mơi Trường Liên hợp quốc UNEP [2000], khoảng 20% dân số thế
giới thiếu tiếp cận đến nguồn nước uống an toàn và khoảng 50% thiếu vệ sinh. Vào
năm 2025, nếu tiếp tục sử dụng nước như hiện nay gần như có đến hai phần ba dân
số thế giới có thể bị thiếu nước trầm trọng [Tổ Chức Khí Tượng Thế Giới WMO,
1997] gây ảnh hưởng đến sức khỏe hệ sinh thái. [Wetzel, 1983] lập luận rằng con
người sử dụng và lạm dụng nước ngọt là những yếu tố có ảnh hưởng trong sự duy
trì hệ sinh thái. Vì vậy, các hoạt động của con người phá hủy hệ sinh thái nước ngọt
nên được xem xét trước hết là trong quản lý tài nguyên nước.
1.3. Giải quyết xung đột nguồn nước


22
Luận văn thạc sĩ: Ứng dụng lý thuyết trò chơi giải quyết xung đột về môi trường.

Các vấn đề về suy thối chất lượng nước và tình trạng khan hiếm nước thường
dẫn đến mâu thuẫn nhiều bên liên quan. Tranh chấp về quyền lợi dẫn đến xung đột
nước, chẳng hạn như tranh chấp giữa người Ả Rập và Israel, Ấn Độ và
Bangladeshes, Mỹ và Mexico, và giữa tất cả 10 nước ven sông lưu vực sông Nile
[Wolf, 1999]... Cụ thể, các cuộc xung đột nước thường được tạo ra bởi: (1) sử dụng
lượng nước nhiều, nhu cầu cung cấp nước khác nhau, (2) nhiều bên liên quan cạnh
tranh do nước khan hiếm, (3) mức độ khác nhau của ô nhiễm thượng nguồn hạn chế
sử dụng nước trong lưu vực hạ lưu, (4) chuyển nước liên lưu vực phá vỡ sự cân
bằng lâu đời về chất lượng và số lượng nước trong lưu vực. Có nhiều cơng cụ khác

nhau để giải quyết những xung đột. Các công cụ này bao gồm các công cụ kinh tế
và các quy định trực tiếp, so sánh với trò chơi mới được phát triển bằng cách tiếp
cận lý thuyết trị chơi (Hình 1.1).


23
Luận văn thạc sĩ: Ứng dụng lý thuyết trò chơi giải quyết xung đột về mơi trường.

Hình 1.1: Cơng cụ để giải quyết các cuộc xung đột nước
[Dinar et. al 1997] và [Wang, 2003] đã phân tích ba cơ chế cơ bản cho phân
bổ nguồn nước: phân bổ công cộng là phân bổ dựa trên người dùng, giá cả chi phí
cận biên, và phân bổ thị trường nước. [Bonnie, 2000 và Mostert , 1998] trình bày
bốn phương pháp: kiện tụng, giao dịch thị trường, chính trị thỏa thuận và tranh
chấp, kỹ thuật giải quyết - để giải quyết xung đột nước. Phân bổ công cộng liên
quan đến phân bổ của các chính phủ, đó là cách tiếp cận chính được sử dụng trong
hầu hết các nước. Cơ chế này có thể phân bổ nước cơng bằng, nhưng nó đã thường


24
Luận văn thạc sĩ: Ứng dụng lý thuyết trò chơi giải quyết xung đột về môi trường.

không đạt được hiệu quả kinh tế và thường gây ra sự lãng phí nước và phân bổ lỗi.
Giá cả chi phí cận biên là một mức giá được thiết lập để cân bằng với chi phí tăng
thêm cho việc sản xuất thêm một đơn vị sản lượng nước. [Dinar et. al, 1997 ] đã chỉ
ra rằng ba phương pháp này về mặt lý thuyết có hiệu quả, nhưng nó có xu hướng
khơng chú ý đến vốn chủ sở hữu. Ngồi ra, rất khó để xác định chi phí cận biên
[Saunders, 1977]. Phân bổ dựa trên người dùng chủ yếu đề cập đến người sử dụng
nước, tổ chức tập thể các thể chế có thẩm quyền ra quyết định. Phương pháp này rất
linh hoạt và hiệu quả để phân bổ nước để đáp ứng yêu cầu của người sử dụng. Tuy
nhiên, [Meinzen Dick et. al, 1997 ] lập luận rằng các tổ chức không phải là luôn

luôn đủ mạnh để phân bổ nước hiệu quả.
Cách tiếp cận thị trường nước thường được trích dẫn trong các tài liệu
[Burness, 1979; Howe et. al năm 1986; Colby, 1990; O'Connor, 2001; Bhaduri,
2003]. Một mặt, phương pháp thị trường nước có thể cung cấp ưu đãi người sử
dụng nước để sử dụng nước hiệu quả và giảm thải chất ô nhiễm vào nước. Thị
trường nước thực sự tồn tại ở một số nước như Úc [Pigram et. al, 1992] , California
[Howe và Goodman, 1995], Chile [Hearne và Phục Sinh, 1995], Ấn Độ [Saleth,
1996], và Tây Ban Nha [Reidinger, 1994],… Mặt khác, nó địi hỏi việc xác định các
quyền về nước gốc, tạo ra định chế và cơ chế pháp lý, và thiết lập cơ sở hạ tầng cơ
bản cho thương mại [Holden, 1996; Wanget, 2003] trước khi thị trường nước có thể
hoạt động tốt hơn.
Do đó, thị trường nước là một lý thuyết tốt, nhưng rất khó để thiết lập một thị
trường nước tại hầu hết các quốc gia.
Bảng 1.2: Cơng cụ chính sách để giải quyết các cuộc xung đột nước [Markanya et.
al, 1993; Wei, 2007b]
Công cụ

Hệ thống

Điều khoản
Xác định lại quyền sở hữu, giấy

Công cụ kinh tế

Cơ chế thị trường

phép có thể giao dịch, đăng ký bảo
hiểm trách nhiệm.

25
Luận văn thạc sĩ: Ứng dụng lý thuyết trò chơi giải quyết xung đột về môi trường.

Hệ thống thuế / phí

Phí sử dụng, sản phẩm phí và chi
phí hành chính.
Hỗ trợ tài chính trong việc lắp đặt

Trợ cấp

cơng nghệ mới; trợ cấp chi phí mơi
trường.
Kết hợp chi phí và các khoản trợ

Hệ thống tiền gửi
hoàn lại

Tiêu chuẩn
Quy định trực
tiếp

cấp để khuyến khích để trở về nước
thải để tái chế.

Tiêu chuẩn nước thải, môi trường
xung quanh và công nghệ.
Hạn ngạch phát thải, hạn ngạch

Hạn ngạch tài nguyên

sử dụng

khai thác; bằng cách cho phép hạn
ngạch được giao dịch giữa các đại
lý thị trường, hệ thống hạn ngạch sẽ
được chuyển đổi sang một hệ thống
giấy phép có thể giao dịch.

Với sự phát triển của xã hội, khái niệm về xem xét các lợi ích của tất cả các
bên liên quan khác nhau được chấp nhận rộng rãi trên thế giới. [Kaufman et. al,
1997] và [Yang, 2004] lập luận rằng các cuộc xung đột của các bên liên quan khác
nhau trong một lưu vực sông cần được giải quyết thông qua đàm phán dựa trên lợi
ích của họ. Bản chất của kỹ thuật giải quyết đàm phán dựa trên các cuộc xung đột
nước là để tìm một giải pháp lợi ích cơng bằng trong tình hình hiện tại. Lý thuyết
trị chơi có thể là một phương pháp thích hợp để mơ phỏng và giải quyết xung đột
như vậy. So với những công cụ khác, lý thuyết trò chơi là một cách tiếp cận mới
được phát triển và là một công cụ hiệu quả để hỗ trợ cho đàm phán trong những
cuộc xung đột kể từ khi nó nghiên cứu các mối quan tâm và lợi ích của các bên liên


26
Luận văn thạc sĩ: Ứng dụng lý thuyết trò chơi giải quyết xung đột về mơi trường.

quan. Lý thuyết trị chơi hoạt động như một cách tiếp cận mới, liên ngành và cần sự
ủng hộ của các công cụ hỗ trợ khác.
1.4. Ứng dụng lý thuyết trò chơi trong quản lý tài nguyên nước
Các tài liệu của ứng dụng lý thuyết trị chơi trong mơi trường và quản lý tài
ngun nước là tương đối ít, và chủ yếu tập trung vào ơ nhiễm xun biên giới
[Folmer, 1998]. Trị chơi mưa axit của [Maler, 1989] là một trong những cơng trình
sớm nhất mà cố gắng để áp dụng lý thuyết trò chơi để phân tích lượng mưa axit và

lan toả của nó ở châu Âu. Quy tắc, trị chơi, và các nguồn tài nguyên bể bơi chung
[Ostrom et. al, 1994] chủ yếu phân tích các vấn đề của khai thác quá mức các nguồn
tài nguyên hồ bơi chung, và các kết quả khác nhau bằng cách sử dụng các công cụ
phân tích lý thuyết trị chơi khơng hợp tác, phân tích thể chế và một nền tảng thực
nghiệm. Bên cạnh đó, lý thuyết trò chơi cũng đã được sử dụng để phân tích quản lý
nguồn tài nguyên chung, chẳng hạn như [Berkes 1989, Blaikie 1987, Blomquist
1992, Ostrom 1996]. Với các nghiên cứu sâu hơn, một số ấn phẩm chun về mơ
hình lý thuyết trị chơi quản lý tài ngun và mơi trường đã được đưa ra. Ví dụ,
kiểm sốt và mơ hình lý thuyết trị chơi của mơi trường [Carraro, 1995], là một bộ
sưu tập các cơng trình gần đây về việc áp dụng trò chơi năng động và lý thuyết điều
khiển để phân tích các vấn đề tài nguyên và môi trường. Xung đột và hợp tác trong
quản lý tài ngun mơi trường [Pethig,1992] trình bày một số ứng dụng của khái
niệm lý thuyết trò chơi để giải quyết những xung đột môi trường quốc tế bằng cách
hợp tác.
Cũng như quản lý tài nguyên nước, lý thuyết trò chơi đã sớm được đưa ra để
áp dụng giải quyết vấn đề về mối quan hệ giữa các sinh vật trong giai đoạn tiến hóa
[Warburton, 1967; Slobodkin, 1974]. [Lewandowski,1979] sử dụng một cách tiếp
cận lý thuyết trị chơi để mơ hình hành vi của người sử dụng nước trong vấn đề
kiểm soát chất lượng, và ông đề nghị một giải pháp lý thuyết trò chơi để sử dụng
khác nhau của một hệ thống nước. Lúc đầu, giải pháp thiết thực của các mơ hình chỉ