Luận văn thạc sĩ toán ứng dụng: Lý thuyết trò chơi và giải quyết xung đột môi trường

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu toán ứng dụng ứng dụng lý thuyết trò chơi giải quyết xung đột về môi trường, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện pháp hoàn thiện trong

• Tác giả: Cù Xuân Thành
• Người hướng dẫn: PGS.TSKH Bùi Tá Long
• Trường học: Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc Gia Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Toán ứng dụng
• Đề tài: Giải quyết xung đột môi trường bằng lý thuyết trò chơi
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Giới thiệu về xung đột môi trường

Xung đột môi trường, đặc biệt là trong lĩnh vực tài nguyên nước, đang trở thành vấn đề nghiêm trọng trên toàn cầu. Xung đột môi trường thường xảy ra do sự khan hiếm tài nguyên nước và sự phân bổ không công bằng giữa các bên liên quan. Những cuộc xung đột này không chỉ ảnh hưởng đến sự phát triển kinh tế mà còn tác động đến chất lượng cuộc sống của người dân. Trong bối cảnh đó, việc áp dụng lý thuyết trò chơi để phân tích và tìm kiếm giải pháp cho các vấn đề này là rất cần thiết. Lý thuyết trò chơi cho phép mô phỏng các tình huống xung đột và hợp tác giữa các bên, từ đó đưa ra các chiến lược tối ưu nhằm giải quyết xung đột. Việc áp dụng lý thuyết này trong nghiên cứu sẽ giúp hiểu rõ hơn về động lực của các bên tham gia và tìm kiếm các giải pháp hợp lý cho việc quản lý tài nguyên nước.

1.1. Tính cấp thiết của nghiên cứu

Nước là nguồn tài nguyên thiết yếu cho sự sống và phát triển của con người. Tuy nhiên, sự gia tăng dân số và hoạt động kinh tế đã dẫn đến tình trạng khan hiếm nước ngày càng gia tăng. Các nghiên cứu cho thấy rằng vào năm 2025, khoảng 7,9 tỷ người sẽ gặp khó khăn trong việc tiếp cận nước sạch. Tình trạng này đã dẫn đến nhiều cuộc xung đột giữa các bên sử dụng nước, đặc biệt là ở các khu vực khan hiếm. Quản lý tài nguyên nước hiệu quả là một trong những thách thức lớn nhất mà các quốc gia đang phải đối mặt. Do đó, việc nghiên cứu và ứng dụng lý thuyết trò chơi để giải quyết các xung đột này là rất cần thiết. Lý thuyết trò chơi không chỉ giúp phân tích các hành vi của các bên liên quan mà còn đưa ra các giải pháp hợp tác hiệu quả nhằm tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên nước.

II. Lý thuyết trò chơi và ứng dụng trong quản lý tài nguyên nước

Lý thuyết trò chơi là một công cụ mạnh mẽ trong việc phân tích các tình huống xung đột và hợp tác. Lý thuyết trò chơi cho phép mô phỏng hành vi của các bên tham gia và đưa ra các chiến lược tối ưu trong việc phân bổ tài nguyên. Trong bối cảnh quản lý tài nguyên nước, lý thuyết này có thể được áp dụng để phân tích các cuộc xung đột giữa các bên sử dụng nước như nông nghiệp, công nghiệp và sinh hoạt. Việc sử dụng các mô hình lý thuyết trò chơi như mô hình Shapley và hạt nhân giúp xác định cách phân bổ nước một cách công bằng và hiệu quả. Điều này không chỉ giúp giảm thiểu xung đột mà còn tối đa hóa lợi ích cho tất cả các bên liên quan. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc áp dụng lý thuyết trò chơi trong quản lý tài nguyên nước có thể mang lại những kết quả tích cực, giúp các quốc gia và cộng đồng địa phương tìm ra những giải pháp hợp lý hơn trong việc sử dụng và bảo vệ tài nguyên nước.

2.1. Các mô hình lý thuyết trò chơi trong quản lý nước

Các mô hình lý thuyết trò chơi được sử dụng trong quản lý tài nguyên nước thường bao gồm mô hình trò chơi hợp tác và trò chơi không hợp tác. Mô hình trò chơi hợp tác cho phép các bên tham gia thỏa thuận và hợp tác để tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên nước. Giá trị Shapley và hạt nhân là những công cụ quan trọng trong mô hình này, giúp phân bổ nguồn nước một cách công bằng giữa các bên. Trong khi đó, mô hình trò chơi không hợp tác lại tập trung vào việc phân tích các chiến lược của các bên khi không có sự hợp tác. Việc áp dụng các mô hình này trong nghiên cứu sẽ giúp hiểu rõ hơn về động lực của các bên tham gia và tìm kiếm các giải pháp hợp lý cho việc quản lý tài nguyên nước.

III. Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Kết quả của nghiên cứu cho thấy rằng việc áp dụng lý thuyết trò chơi trong quản lý tài nguyên nước đã mang lại những kết quả tích cực. Các mô hình lý thuyết trò chơi đã giúp xác định các chiến lược tối ưu cho việc phân bổ nước, đồng thời giảm thiểu xung đột giữa các bên sử dụng nước. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng việc thúc đẩy hợp tác giữa các bên liên quan là rất cần thiết để đạt được các mục tiêu quản lý bền vững. Ngoài ra, việc áp dụng các mô hình này cũng giúp nâng cao nhận thức của cộng đồng về tầm quan trọng của việc sử dụng tài nguyên nước một cách hiệu quả. Những kết quả này không chỉ có giá trị lý thuyết mà còn có ý nghĩa thực tiễn trong việc xây dựng các chính sách quản lý tài nguyên nước ở các quốc gia đang đối mặt với tình trạng khan hiếm nước.

3.1. Đánh giá giải pháp lý thuyết trò chơi

Đánh giá giải pháp từ việc áp dụng lý thuyết trò chơi cho thấy những cải tiến đáng kể trong việc quản lý tài nguyên nước. Các mô hình đã chỉ ra rằng sự hợp tác giữa các bên liên quan không chỉ giúp tối ưu hóa việc phân bổ nước mà còn nâng cao hiệu quả sử dụng tài nguyên. Nghiên cứu cũng nhấn mạnh rằng việc áp dụng lý thuyết trò chơi cần phải được kết hợp với các biện pháp quản lý khác để đạt được hiệu quả tối ưu. Điều này bao gồm việc xây dựng các chính sách pháp lý rõ ràng và khuyến khích sự tham gia của cộng đồng trong việc quản lý tài nguyên nước. Qua đó, có thể tạo ra một môi trường thuận lợi cho việc hợp tác và giảm thiểu xung đột trong việc sử dụng tài nguyên nước.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CÁC NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN 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 thoái 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 không 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 không dễ dàng để thiết lập ở hầu hết các quốc gia. Trong trường hợp không 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 mô 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 mô 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. 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 phòng chống ô nhiễm mạch nước ngầm, đảm bảo dòng chảy tối thiểu cho các dòng sông, ngăn chặn và xử lý tình trạng khai thác mạch nước ngầm quá mức. 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 dòng… 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 đô Sana của Yemen sẽ không 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 còn chỉ ra nguyên 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 công nhận khá muộn màng vì nhiều quyền cơ bản của con người được công nhận trước đó không thể tồn tại nếu không 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 soát nguồn nước cũng không 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 quá thiết yếu đến nỗi không 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 sông. Châu Phi có 12 con sông 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 nguyên ở 5 con sông 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. Bên cạnh đó, các công cụ kinh tế đã được sử dụng rộng rãi để giải quyết xung đột sử dụng nước [Dinar, 1997; Wang et. 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.

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 trò 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 trò chơi để mô 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. 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 công bằng tải lượng chất thải sang môi trường tiếp nhận khác [Kilgour et. al, 1988; Okada,1992; Wei, 2007b].