MASARYKOVA UNIVERZITA Fakulta Informatiky Trvale udržitelný rybolov Projekt do předmětu Modelování a simulace Vypracovali: Jiří Kratochvíla, učo 207622 Lukáš Pravda, učo 256262 12. června 2009
1. Úvod Zvolené téma je variantou na Tragédii obecné pastviny (český ekvivalent anglickému Tragedy of the Commons ). Tato problematika byla známá již od Aristotela. V nedávné minulosti ji v roce 1833 rozvíjel William Forster Lloyd. Přesněji ji definoval v roce 1954 H. Scott Gordon, jako ekonomický pohled na rybolov. Současné články a citace se nejvíce zabývají esejí Garreta Hardina "Tragedy of the Commons" z roku 1968. Jedná se o situaci, kdy je nějaký vyčerpatelný zdroj sdílen několika jednotlivci. Každý má tedy ke zdroji stejný přístup s tím, že většinou patří nám všem nebo nikomu. Snahy o maximalizaci osobního užitku jednotlivci vedou často k nenapravitelnému vyčerpání zdroje a ke snížení užitku všech jednotlivců. Toto jednání bývá způsobeno tím, že jedinci nemají jistotu, že k zdroji budou mít přístup i v budoucnosti. Jednají tedy s tím, že pokud daný užitek ze zdroje nezískají oni, získá jej někdo jiný. V našem případě Trvale udržitelného rybolovu, jde o pravidlo, že Co nechytíš ty, chytí někdo jiný. Dle údajů FAO je 80 % druhů ryb v oceánech těženo způsobem (52 % druhů ryb plným a 28 % bylo nebo je nadměrným, decimujícím), že musí rybolov být kontrolován a omezován tak, aby byl udržitelný. Zbylých 20 % je těženo málo (2 %), nebo loveno řízeně (18 %). Dané využívání zdrojů ryb je velmi zarážející. Rozhodli jsme se namodelovat situaci mořského rybolovu a otestovat výsledky možných restriktivních omezení. Závěrem chceme vyhodnotit, zda a jak omezení přispívají k trvale udržitelnému rybolovu a jaký vliv na něj mají různé parametry. 2. Přístup k modelování problému Rozhodli jsme se modelovat moře s částí přístavu, ve kterém se budou pohybovat rybářské lodě spolu s hejny ryb. Na moře budou vyplouvat rybářské lodě dvou rybářských společností, které budou mít rovnocenný přístup k moři. Každá ryba v našem modelu představuje hejno ryb. Hejn je z počátku v moři malé množství a obnovují, množí se. Tím jsme chtěli zajistit zachycení jisté dynamiky vývoje hejn ryb vzhledem k jejich lovení. Obnovování hejna spočívá v tom, že pokud ryba (abstrahující hejno) má určité množství, dojde k rozdělení
na hejna dvě, tak aby mohla lépe expandovat. Pokud je loďmi vytěžena pod určité množství, tak naopak umírá. Tím modelujeme přirozený koloběh obnovování ryb, s tím, že neuvažujeme žádné přirozené nepřátelé ryb a proto se při absenci lodí množí nad všechny meze. Takto je abstrahováno reálné prostředí na míru, která umožní modelovat problém. Ryby se pohybují náhodě po moři. Jelikož představují hejno ryb, je jejich pohyb nižší než pohyb lodí. Lodě vyrážejí z přístavu a náhodně se pohybují po moři. Pokud narazí na hejno ryb, vyloví určité množství, ne větší něž které má kapacita lodi. Loď loví s dvěma strategiemi, první z nich je, že hned z ryby vyloví maximum co lze, druhá představuje kontrolu stavu hejna a vylovení jen únosného množství. Druhá strategie je zapojena při zapnutí ochranného módu vlastnictví hejn. Pokud je loď plná vrací se do přístavu. S každým krokem lodi je z účtu společnosti odečítána částka za provoz, tím je zohledněno opotřebení a náklady na provoz. Pokud je na účtu společnosti dostatek financí, vyšle společnost na moře více lodí, aby zvýšila své zisky. 3. Testované restriktivní omezení Restriktivní omezení, které jsme se snažili implementovat a otestovat jejich vliv na rybářské společnosti v našem modelu: a) Zakázané oblasti rybolovu vymezená oblast na moři, kde není možné lovit ryby a v naší abstrakci ani plout b) Omezení kapacity lodí omezení lodí v jejich kapacitě, kterou mohou odvézt do přístavu c) Kvóty na úlovek za každou tunu ulovených ryb musí rybářské společnosti odvést daň d) Vlastnictví hejn ryb každé hejno ryb patří jedné z rybářských společností, ta k nim přistupuje s jinou strategií lovu. Jiná strategie je volena u jedinců z důvodu, že vidí i budoucí vlastnění hejna ryb. 4. Implementace modelu Jelikož jde o modelování založeném na agentech, zvolili jsme modelovací program NetLogo. V modelu je přístav (hnědé políčka), moře (modré políčka), lodě (černí a bílí agenti) a hejna ryb (žlutí agenti). Každé hejno ryb se náhodně pohybuje a v proměnné má uložené své množství (energy) z intervalu (0, 30), které s každým kolem roste o koeficient 0,1. Pokud má hejno množství < 5, umírá. Pokud je množství hejna > 30 rozdělí se na dvě. Na moři mají své lodě dvě společnosti, A a B. Každá má svůj kapitál (budgeta a budgetb), který se z každým kolem snižuje o provozní náklady lodí na moři (5 dolarů za loď) a zvyšuje s každým přivezeným nákladem ryb do přístavu (100 dolarů za rybu z hejna). Pokud je kapitál menší než 0, rozhodne se společnost náhodně prodat svou loď (1000 dolarů), aby mohla provozovat dále ostatní. Společnost může zakoupit novou loď (5000 dolarů), pokud má na kontě více jak 7000 dolarů Při startu modelu vyrazí lodě (shipsa a shipsb) z přístavu. Při nalezení hejna ryb, tím, že na něj najedou, uloví z hejna 5 ks, v prezentaci modelu 5 tun ryb. Po naplnění kapacity se loď vrací do přístavu, kde vykládá úlovek. Pokud je zavedeno omezení v zakázaných oblastech rybolovu, objeví se na modelu oblast (tmavá modrá) a lodím je zakázáno do ní vjíždět a lovit tam. Pokud je zavedeno pro vlastnictví hejn ryb, jsou ryby rozděleny na dvě
poloviny a každé z hejn patří jiné společnosti. Jen vlastník hejna ryb je může lovit. Při tomto omezení uvažujeme, že vlastník se bude zajímat, zda hejno nezdecimuje, nebude je tedy lovit pokud budou poslední dvě hejna ryb. Pokud množství hejna bude menší něž 15, vyloví standardních 5 tun, pokud je hejno velké vyloví tun 10. Společnosti loví opatrně, aby hejna ryb neohrozili. Další omezení jsou realizována pomocí možnosti nastavení parametru. Parametr Capacity-of-ships ovlivňuje omezení na kapacitu lodi. Parametr taxes-pertone zavádí omezení přidělením kvóty, kdy se určitá část výdělku odvádí jako daně. 5. Analýza modelu, testování restriktivních omezení Pro normální běh, tedy kdy jsou vypnuty omezení, daně z úlovku jsou nastaveny na 0 a kapacita lodí je 20 tun, můžeme pozorovat běh modelu, kdy společnosti přestřelí množství lodí a způsobí devastaci hejn. Tím vymřou všechny hejna ryb a společnosti nestačí zareagovat stáhnutím lodí. Pro toto nastavení modelu jde o typický běh. Po zapnutí restriktivního omezení, kdy vyznačíme oblast, kde se nesmí lovit, dochází k vývoji, kdy společnosti opět přestřelí množství lodí, ale tentokrát omezená oblast vede k množení ryb a jejich zachování. Tím dochází k oscilacím, kdy vždy lodě téměř vyhubí ryby, tím způsobí, že nemají co lovit a následně při snížení počtu lodí, nastane opětovné rozmnožení ryb. Při zavedení daní z úlovku většinou jen ovlivníme nástup doby, kdy mohou společnosti nakupovat lodě. To v mnohých případech může vést k množení se ryb nade všechny meze. V jiných to může vést k krachu společností. Omezení kapacity lodí je podobné omezení počtu lodí. Vždy jde o omezení množství ulovených ryb za jeden cyklus. Pokud se omezí kapacita moc, např. 5 tun, dochází k tomu, že lodě nestačí lovit ryby a dochází k jejich rychlému množení. Naopak pokud se nastaví velká kapacita může to vést k zajímavým výsledkům, při běhu bez restriktivních omezení, může způsobit, že lodě včas nedovezou úlovek a na moři budou tak dlouho, že je společnost bude muset
prodat. Při běhu s omezenými oblastmi dochází k včasnému zmírnění přestřelu a nedochází k takovému úbytku ryb. Obecně platí, že se zkrátí nebo zpozdí přísun peněz do společnosti. Při zapnutí módu vlastnictví hejn ryb dochází ke změně strategie společností, to vede k nevyhubení ryb za žádné situace a oscilacím mezi počtem ryb a lodí. Někdy však také způsobí krach společností. Při zapojení omezení na zakázané oblasti rybolovu spolu s vlastnictvím dochází k pomalejším oscilacím. 6. Závěr, možná rozšíření Trvale udržitelný rybolov je možné zajistit, dle výsledků simulací modelu, pomocí určení oblastí zakázaného rybolovu. Tím je zajištěno, že ryby se budou moci regenerovat a znovu obnovit po odlovu. Kapacita lodí má jistý vliv, ale stejně jako regulace pomocí daní má za následek zpoždění nebo snížení příjmu společnosti. Tím jen zpozdí možnost vyslat nové lodě. Jako zajímavá alternativa, která obecně řeší tragédii obecní pastviny je vlastnictví hejn ryb. V dnešní době jistě není ještě plně možné nasadit takové řešení, ale v jistých alternativách funguje formou akvakultury. Také jistě není takovéto řešení možné politicky. Dle údajů FAO je jistě co zlepšovat, ale účinné nástroje existují. Jako rozšíření by bylo možné dopracovat systém vlastnictví hejn, kdy by společnosti mohli odhalovat včas přestřel. Také by model mohlo rozšířit lepší chování koloběhu ryb. 7. Seznam použité literatury 1) Tragedy of commons - Wikipedie, otevřená encyklopedie [online]. Poslední úpravy 11.6.2009 [cit. 2009-06-12], Wikipedie. URL: <http://en.wikipedia.org/wiki/tragedy_of_the_commons> 2) TOPP, Niels-Henrik. The Impact of Open Access to Fishing Grounds: The History of Jens Warming's Model [online]. History of Political Economy, c2008, [cit. 2009-06-12] URL: <http://hope.dukejournals.org/cgi/content/abstract/40/4/671> 3) HARDIN, Garret. The Tragedy of the Commons [online]. Science, c1968 [cit. 2009-06-12]. URL: <http://www.garretthardinsociety.org/articles/art_tragedy_of_the_comm ons.html> 4) GORDON, H. Scott. The Economic Theory of a Common-Property Resource: The Fishery [online]. Journal of Political Economy, University of Chicago Press, c1954, v. 62, 124. URL: <www.econ.ubc.ca/munro/472- gord.pdf> 5) Scientific Facts on Fisheries Latest data [online]. FAO, Greenfact. C2009, [cit. 2009-06-12]. URL: <http://www.greenfacts.org/en/fisheries/index.htm#3>