Lecture Notes on Environmental and Natural Resources
                        Economics
                    Cesaltina Maria Pacheco Pires
                         April 1998
                     Contents
                     1 Introduction                                                                                          5
                        1.1   Howare economyand natural environment related? . . . . . . . . . . . . . . . .                 5
                        1.2   Sustainability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .     7
                        1.3   Issues in Environmental Economics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .          9
                              1.3.1   Environment and Growth . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .           9
                              1.3.2   Environmental Degradation and its Causes . . . . . . . . . . . . . . . . .             9
                              1.3.3   The Global Environment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .          12
                     2 Valuation Methods                                                                                   14
                        2.1   Fundamentals of Environmental Valuation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .           14
                              2.1.1   Environmental Impact Assessment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .           15
                              2.1.2   Concepts in Welfare Economics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .         16
                              2.1.3   Welfare Economics under Risk and Uncertainty . . . . . . . . . . . . . . .            20
                              2.1.4   Bene…t Cost Analysis and Discounting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .          25
                        2.2   Total Economic Value and Valuation Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .            27
                              2.2.1   Total Economic Value . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .        27
                              2.2.2   Methods for Measuring Economic Value . . . . . . . . . . . . . . . . . . .            30
                        2.3   Productivity Based Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .          33
                              2.3.1   Related Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .       35
                              2.3.2   Applications     . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  36
                        2.4   Contingent Valuation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .      37
                              2.4.1   Steps in CVM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .        37
                              2.4.2   Problems with CVM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .         40
                              2.4.3   Applications     . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  41
                        2.5   Travel Cost Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .        42
                              2.5.1   Theorethical Foundations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .        42
                                                                         1
                               2.5.2   Individual Travel Cost Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .          43
                               2.5.3   Concentric Zone Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .          44
                               2.5.4   Simple Travel Cost Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .          45
                               2.5.5   Multiple Site Travel Cost Method         . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   49
                               2.5.6   Generalized Travel Cost Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .           50
                               2.5.7   Hedonic Travel Cost Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .           50
                               2.5.8   Problems with Travel Cost Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .           51
                               2.5.9   Applications     . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   52
                         2.6   Hedonic Price Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .         52
                               2.6.1   Theoretical Foundations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .        53
                               2.6.2   First Step - Hedonic Price Equation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .          54
                               2.6.3   Step Two - Computation of Marginal Values of Attributes . . . . . . . . .              56
                               2.6.4   Step Three - Estimate the Demand Curve of the Characteristic . . . . . .               57
                               2.6.5   Problems with Hedonic Price Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .             59
                               2.6.6   Applications     . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   60
                         2.7   Repeat Sale Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .         60
                         2.8   Methods to Value Risks to Life and Health          . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   61
                               2.8.1   Valuing Reduced Mortality Risk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .           63
                               2.8.2   Valuing Reduced Morbidity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .          67
                         2.9   Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .     70
                     3 Economics of Environmental Regulation                                                                  71
                         3.1   Types of Pollutants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .      71
                               3.1.1   De…nition and Taxonomy of Externalities . . . . . . . . . . . . . . . . . .            72
                         3.2   TheOptimalLevel of Pollution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .           73
                         3.3   Decentralized Solutions to the Externality Problem . . . . . . . . . . . . . . . . .           76
                               3.3.1   Bargaining Solution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .        76
                               3.3.2   Liability Laws     . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   78
                               3.3.3   Moral Suasion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .        79
                         3.4   ABrief Description Some Instruments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .            79
                               3.4.1   Taxes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .      79
                               3.4.2   Standards . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .      79
                         3.5   Criteria for Selecting Environmental Policy Mechanisms . . . . . . . . . . . . . .             79
                                                                          2
                         3.6   Commandand Control Policies: Standards . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .               81
                               3.6.1   Introduction     . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   81
                               3.6.2   The Economics of Standards . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .           82
                               3.6.3   The Economics of Enforcement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .           86
                         3.7   Incentive Based Policies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .       86
                               3.7.1   Emission Charges or Emission taxes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .           87
                               3.7.2   Abatement Subsidies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .        94
                               3.7.3    Transferable Pollution Permits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .        96
                               3.7.4   Uncertainty and the Choice of Instruments . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
                     4 Natural Resources                                                                                     105
                         4.1   Property Rights Regimes        . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
                               4.1.1   Taxonomy of Property Rights . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
                               4.1.2   Desirable Properties of Property Rights . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
                               4.1.3   Common-Property vs Open-Access . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
                               4.1.4   Open Access Problem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
                               4.1.5   Common Property . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
                         4.2   Land Rents,Rent Gradient . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
                               4.2.1   Quality of Land and Rents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
                               4.2.2   Location and Rents       . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
                         4.3   Nonrenewable Resources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
                               4.3.1   The Theory of the Mine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
                               4.3.2   Extraction by a Competitive Industry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
                               4.3.3   Extensions of Previous Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
                         4.4   Forestry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
                               4.4.1   SomeBiological Facts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
                               4.4.2   When Should Forest be Harvested? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
                               4.4.3   Government Policies and Optimal Timber Rotations . . . . . . . . . . . . 132
                               4.4.4   Concessions of Public Forest       . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
                               4.4.5   Deforestration     . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
                         4.5   Fisheries . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
                               4.5.1   Harvest Production Function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
                               4.5.2   Harvest Under Open Access . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
                                                                          3