111 年國立成功大學資源工程學系碩士班甲組《工程地質》考古題與詳解

Question 1

請說明地質災害有哪幾種，其成因，影響與防災整治對策。

Accepted Answer

本題主要在探討工程地質學中常見的地質災害，包含其種類、成因、影響以及防治對策。

一、地質災害的種類

地質災害是指由自然地理環境因素（如地形、地質、水文、氣象等）或人類活動引發，對人類生命財產造成損失的各種地質現象。常見的地質災害種類包括：

崩塌 (Landslide)：指山坡岩石或土體在重力作用下，沿一定的滑動面發生整體或分散的下滑、側向蠕動或塌落現象。
滑坡 (Landslide)：與崩塌類似，但通常指較大的土體或岩體沿著一明顯的滑動面整體移動。
落石 (Rockfall)：指陡坡上岩塊或土塊因風化、侵蝕、地震、降雨等因素脫離母體，在重力作用下滾落、崩落的現象。
土石流 (Debris Flow)：指在地形陡峻、降雨強度大、土石鬆散的地區，土、砂、石、水混合物在重力作用下，沿著溪溝或山谷快速向下流動的現象。
沉陷 (Subsidence)：指地表因地下物質的流失、壓縮或溶解，導致地面發生垂直或傾斜下降的現象。常見的有地面沉降（如地下水超抽）、岩溶沉陷（石灰岩地區地下空洞崩塌）等。
地裂 (Ground Fissure)：指地表因斷層活動、地震、地面沉降或土壤乾縮膨脹等原因而產生的裂縫。
火山爆發 (Volcanic Eruption)：岩漿、火山灰、氣體等從火山噴出，可能引發熔岩流、火山碎屑流、火山泥流、火山氣體等災害。
地震 (Earthquake)：地殼快速釋放能量過程中造成的振動，可能引發地表變形、土壤液化、山體滑坡、海嘯等次生災害。

二、地質災害的成因

地質災害的成因複雜，通常是多種因素交互作用的結果。可分為自然因素和人為因素：

自然因素：
- 地形坡度：陡峭的山坡是崩塌、滑坡、落石的主要誘因。
- 地質條件：
  - 岩性：軟弱岩層（如泥岩、頁岩）、節理發達的岩體、風化嚴重的岩石較易發生滑動。
  - 地層結構：傾斜的地層、不連續面（節理、斷層、層理）提供了滑動面。
  - 土體性質：黏性土的飽和度、塑性；砂土的液化潛勢。
- 水文條件：
  - 降雨：強降雨是觸發崩塌、滑坡、土石流最直接的原因。雨水滲入土體，增加孔隙水壓力，降低土體強度，並可能軟化岩石。
  - 地下水：地下水位高、水壓力大，會降低土體穩定性。
  - 河流侵蝕：河水對坡腳的沖刷會削弱坡體支撐，誘發滑坡。
- 氣象條件：極端天氣，如暴雨、乾旱（導致土壤乾縮）、凍融循環。
- 地震活動：地震的震動會降低土體和岩體的強度，誘發大規模的滑坡、崩塌、地裂和土壤液化。
- 火山活動：岩漿活動、噴發物等直接造成災害。
人為因素：
- 坡地開發：建築、道路、採礦、農業墾殖等工程活動，改變坡面形態，削弱坡腳，增加坡體負荷，改變地下水流場，嚴重破壞坡體穩定。

Question 2

何為 geography matters? 說明你的看法,並舉例說明。

Accepted Answer

本題旨在探討「地理位置很重要」（geography matters）的觀念，要求說明其看法並舉例。這是一個結合地理學、社會學、經濟學等多學科的議題。

一、何謂 "Geography Matters"?

"Geography Matters" 是一個核心的地理學概念，意指地理位置、空間關係、環境條件、資源分佈等地理因素，對人類社會、經濟、文化、政治以及個體生活，都具有深刻且關鍵的影響。它強調地理環境不是被動的背景，而是主動塑造人類行為、發展模式、機會與限制的重要力量。

這個概念反駁了過度簡化的「決定論」觀點（例如，認為氣候直接決定了文明程度），但肯定了地理因素在塑造人類歷史和當代社會中的重要性。地理因素可以提供機會（如擁有豐富的資源、便利的交通位置），也可能構成限制（如資源匱乏、交通不便、惡劣的自然環境）。

二、我的看法

我認為 "Geography Matters" 這個觀念非常重要且具有高度的解釋力。在現代全球化和科技高度發展的今天，人們有時會認為地理距離和位置的影響已經大大減弱。然而，事實上，地理因素依然在許多層面扮演著關鍵角色：

資源與經濟發展：
- 資源禀賦：一個地區擁有的自然資源（如石油、礦產、肥沃的土壤、豐富的水源）直接影響其經濟發展的潛力與方向。
- 交通與區位：臨海、河流交匯處、交通樞紐等優越的地理位置，能降低運輸成本，促進貿易和產業發展。
- 氣候與農業：適宜的氣候條件是發展農業的基礎，也影響特定作物的種植，進而影響區域的食物自給能力和出口貿易。
社會與文化：
- 隔離與聯繫：地理上的隔離（如島嶼、山區）可能導致文化獨特性和獨立發展；而地理上的聯繫（如陸路通道、沿海地區）則促進文化交流與融合。
- 人口分佈：人們傾向於居住在氣候宜人、資源豐富、交通便利的地區，這直接影響人口密度和城市發展。
- 傳染病傳播：地理位置和交通網絡是影響傳染病全球傳播速度和範圍的重要因素。
政治與戰略：
- 國界與地緣政治：國家的地理位置、鄰國關係、地形（如山脈、海洋作為天然屏障）深刻影響其安全、外交策略和國際地位。
- 資源爭奪：對戰略性資源（如石油、水資源）的地理分佈，常常引發國際間的競爭與衝突。

Question 3

如何製作主題圖？(1)比較統計圖(Cartogram map)、(2)階段區分圖(Choropleth map)，比較二者在呈現地理資料與作法上的特性。

Accepted Answer

本題要求解釋如何製作主題圖，並比較兩種常見主題圖——比較統計圖 (Cartogram map) 和階段區分圖 (Choropleth map) 在呈現地理資料與作法上的特性。 一、何謂主題圖 (Thematic Map)？ 主題圖是一種地圖，其主要目的是呈現特定主題的地理分佈、數量或空間關係，而不是僅僅描繪地理特徵（如地形、行政區界）。它利用符號、顏色、圖形等視覺元素，將統計數據或概念與地理空間結合，以便讀者能快速理解資料的空間格局。 二、製作主題圖的基本步驟 製作主題圖通常包含以下幾個步驟： 1. 確定主題與資料： 明確要呈現的地理現象（如人口密度、農作物產量、犯罪率、疾病分佈等）。 收集與主題相關的、具備地理空間屬性的數據（統計數據、調查數據等）。數據必須精確且具有代表性。 2. 選擇合適的地圖投影與底圖： 根據地圖的用途和比例尺，選擇合適的地圖投影，以減少變形。 選擇或製作一個清晰、準確的地理底圖，包含必要的地理要素（如行政區界、海岸線、主要城市、河流等），作為數據呈現的載體。 3. 選擇合適的製圖方法（圖式）： 這是主題圖製作的核心。根據數據的性質（離散數據、連續數據）、呈現目的（比較數量、顯示分佈、展示關聯性）和資料類型（點、線、面），選擇最適合的製圖符號或圖式。 本題提到的 Cartogram map 和 Choropleth map 就是兩種常見的圖式。 4. 數據處理與分級： 對收集到的原始數據進行處理，如計算比例、密度、比率等。 對於 Choropleth map 等需要分級的數據，需要決定分級的方法（如等距分級、等量分級、標準差分級、自然斷點分級等）和級數。 5. 繪製地圖： 使用 GIS 軟體（如 ArcGIS, QGIS）或專業製圖軟體，將處理後的數據按照選定的圖式繪製在地圖上。 符號的設計（大小、顏色、形狀）必須清晰、易於辨識，並與數據有邏輯關係。 6. 添加圖例與輔助要素： 製作清晰的圖例，解釋地圖上使用的符號、顏色或分級代表的意義。 添加地圖標題、比例尺、方位標、資料來源、製圖者等輔助資訊，使地圖完整且易於理解。 7. 審核與優化： 檢查地圖的準確性、清晰度、美觀度，確保數據呈現無誤，圖例與地圖內容一致。 根據需要進行調整和優化。 三、比較 Cartogram Map 與 Choropleth Map | 特性 | 比較統計圖 (Cartogram Map) | 階段區分圖 (Choropleth Map) | | ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------…

Question 4

說明人類干擾環境對地方(local)、區域(regional)及全球(global)等不同空間尺度造成之影響。

Accepted Answer

本題探討人類活動對環境在不同空間尺度（地方、區域、全球）的影響。這是一個環境科學和地理學的核心議題。

一、空間尺度及其定義

在環境科學和地理學中，我們經常使用不同的空間尺度來分析現象：

地方尺度 (Local Scale)：指較小的、具體的地理範圍，例如一個村莊、一個城市、一個水庫集水區、一個特定的生態系統（如一片森林、一個湖泊）。影響通常是直接且局部的。
區域尺度 (Regional Scale)：指涵蓋多個地方，形成一個相對整合的地理單元。例如，一個流域、一個省份、一個山脈、一個海岸帶、一個經濟區域。區域尺度上的影響通常是地方尺度影響的疊加、傳導或綜合結果。
全球尺度 (Global Scale)：指整個地球表面。全球尺度上的影響通常是長期、廣泛且難以逆轉的，例如氣候變遷、生物多樣性喪失、臭氧層破壞等。

二、人類干擾對不同空間尺度環境的影響

人類活動，無論是出於生存、發展還是其他目的，都會對環境產生影響。這些影響會隨著空間尺度的變化而呈現出不同的特徵和程度。

地方尺度 (Local Scale) 的影響：
- 定義：指在特定、小範圍內的地理環境所受到的直接影響。
- 人類活動舉例：
  - 農業活動：過度耕種、不當施肥、濫用農藥、不合理的灌溉。
  - 城市化與開發：建築、道路建設、工業區設立、污水排放、垃圾處理。
  - 森林砍伐：為了木材、土地開墾或燃料。
  - 採礦活動：開採礦產資源。
  - 水利工程：修建水壩、築堤。
- 環境影響：
  - 土壤退化：侵蝕加劇、肥力下降、鹽鹼化。
  - 水體污染：生活污水、工業廢水、農藥化肥流入河流湖泊，導致富營養化、毒性增加。
  - 棲息地破壞與碎片化：自然生態系統被分割，生物多樣性下降。
  - 地表形態改變：因工程建設、採礦、滑坡等。
  - 局部氣候改變：如城市熱島效應。
  - 地下水污染與水位下降。
  - 噪音與空氣污染。
區域尺度 (Regional Scale) 的影響：
- 定義：指影響範圍擴展至一個較大的地理單元，通常是多個地方尺度影響的累積、擴散或相互作用的結果。
- 人類活動舉例：
  - 大範圍的工業化與城市群發展：區域內的工廠、城市排放的污染物匯聚。
  - 大規模農業結構調整：例如，特定區域的單一作物大規模種植。
  - 區域性交通網絡建設：高速公路、鐵路網。
  - 區域性水資源開發與調配：跨流域調水。
  - 區域性森林採伐或植樹造林。
- 環境影響：
  - 區域性水污染：河流下游水質惡化，影響整個流域。
  - 區域性空氣污染：污染物長距離傳輸，形成區域性霧霾。
  - 區域性水土流失：影響整個區域的生態平衡。

Question 5

何謂空間分析？請說明有哪些方法與應用？

Accepted Answer

本題旨在探討「空間分析」(Spatial Analysis) 的概念，並要求說明其方法與應用。空間分析是地理資訊系統 (GIS) 的核心功能之一。

一、何謂空間分析？

空間分析是指對地理空間數據進行一系列的操作和處理，以揭示數據之間的空間關係、模式、趨勢，並從中提取有意義的資訊、解決地理問題或支持決策。它利用地理位置和空間屬性作為分析的基礎，研究「事物在哪裡」、「事物如何相互影響」、「事物為何在那裡」等問題。

簡單來說，空間分析就是利用地理數據來回答關於「空間」的問題。

二、空間分析的主要方法

空間分析的方法多樣，可以根據分析的對象和目的進行分類。以下是一些常見的空間分析方法：

空間查詢 (Spatial Query)：
- 原理：根據空間位置或空間關係來篩選地理要素。
- 方法：
  - 位置查詢 (Location Query)：選擇位於特定範圍（如某行政區內）、與特定點距離在一定範圍內、或與某地理要素相交的要素。例如，找出某城市內的所有學校。
  - 空間關係查詢 (Spatial Relationship Query)：選擇與其他要素有特定空間關係的要素，如相鄰 (Adjacency)、包含 (Containment)、交叉 (Intersection)、重疊 (Overlap) 等。例如，找出與主要河流相鄰的所有農田。
- 應用：數據篩選、地理要素的初步識別。
空間測量 (Spatial Measurement)：
- 原理：計算地理要素的空間屬性，如長度、面積、周長、體積、坡度、坡向等。
- 方法：利用 GIS 軟體直接計算。
- 應用：規劃（如計算土地面積）、環境分析（如計算坡度）、製圖（如確定地圖比例尺）。
空間疊置分析 (Overlay Analysis)：
- 原理：將兩個或多個地理圖層（通常是面狀圖層）疊加起來，根據它們的空間重疊關係來創建新的圖層，並組合或重新分類屬性。
- 方法：
  - 聯合 (Union)：合併所有圖層的空間範圍，並保留所有圖層的屬性。
  - 相交 (Intersect)：僅保留所有圖層共有的空間範圍，並合併屬性。
  - 同步 (Symmetric Difference)：保留在任一圖層但不在所有圖層共有的範圍。
  - 擦除 (Erase)：保留第一個圖層中不在第二個圖層範圍內的區域。
  - 剪裁 (Clip)：使用一個圖層（剪裁範圍）的範圍來裁剪另一個圖層。
- 應用：選址分析（如尋找適合建學校的區域，需同時滿足離市區近、離學校遠、有足夠面積等條件）、土地適應性分析、環境影響評估。
空間量化分析 (Spatial Quantification Analysis)：
- 原理：對地理要素的屬性進行計算和統計，結合其空間分佈進行分析。
- 方法：
  - 聚合分析 (Aggregation)：計算某區域內所有要素的總和、平均值、計數等。例如，計算某行政區內所有商店的總銷售額。
  - 空間連接分析 (Network Analysis)：分析線狀網絡（如道路、河流、管線）上的路徑、可達性、最短距離、服務範圍等。例如，計算救護車到各處的最短時間，或劃定消防站的服務範圍。
  - 密度分析 (Density Analysis)：計算某區域內要素的密集程度。例如，計算某區域內犯罪事件的密度，以找出犯罪熱點。
  - 分區統計 (Zonal Statistics)：對 Raster 數據，計算 raster 像元在特定區域（Zone）內的統計值。
- 應用：物流規劃、交通管理、公共服務設施佈局、犯罪分析、資源管理。

Question 6

請說明影響地景結構與變遷的主要因子,並描述個別因子與地景結構與變遷的影響。

Accepted Answer

本題主要探討「地景」(Landscape) 的結構與變遷，並要求說明影響其變遷的主要因子及其具體影響。這是一個地景生態學、地理學和環境科學的綜合性問題。

一、何謂地景 (Landscape)？

地景是指一個區域內，由自然和人文因素相互作用而形成的、具有一定空間範圍和結構特徵的地理景觀。它通常由不同的「地景單元」（Landscape Elements）或「斑塊」（Patches）組成，這些單元之間通過「廊道」（Corridors）和「基質」（Matrix）相互連接。地景不僅是視覺上的景觀，更包含著空間結構、生態過程和時間變遷的動態概念。

地景結構：指地景中不同單元的空間排列、大小、形狀、數量、連接程度以及它們之間的相互關係。例如，森林斑塊的大小和密度、河流廊道的寬度、農田與聚落的空間分佈格局。

地景變遷：指地景結構在時間上的演化和改變。這種改變可能是自然的（如河流改道、火山噴發），也可能是人為的（如城市擴張、農業開發）。

二、影響地景結構與變遷的主要因子

影響地景結構與變遷的因子眾多，可大致分為自然因子和人為因子。

自然因子 (Natural Factors)：
- 地質與地形 (Geology and Topography)：
  - 影響：決定了區域的基礎地貌形態、岩性、土壤類型以及坡度、坡向等。例如，山脈會形成屏障，影響氣候和生物分佈，塑造出高山地景；平坦的沖積平原則有利於農業發展和聚落形成，形成農田地景。河流的侵蝕和堆積作用會不斷改變河谷地景。
- 氣候 (Climate)：
  - 影響：影響植被類型、水文狀況、土壤形成和自然災害（如乾旱、洪水、風暴）。例如，熱帶雨林、溫帶森林、草原、沙漠等不同的氣候帶，形成了截然不同的地景類型。氣候變遷（如全球暖化）會導致植被帶北移或上升，改變地景的組成和結構。
- 水文 (Hydrology)：
  - 影響：包括河流、湖泊、地下水等。水體是重要的地景單元，其運動（如河流的彎曲、氾濫）直接塑造地景。水文條件也影響植被分佈和土壤濕度，進而影響地景的生態結構。例如，濕地地景是水文條件獨特的體現。
- 生物因素 (Biological Factors)：
  - 影響：植物（如森林、草地）、動物（如動物的覓食、遷徙）和微生物的活動，都會影響地表覆蓋、土壤結構和生態過程，進而改變地景。例如，森林火災（生物或自然誘因）會重塑森林地景；動物的啃食可能影響植被結構。
人為因子 (Anthropogenic Factors)：
- 土地利用與土地覆蓋變化 (Land Use and Land Cover Change, LUCC)：
  - 影響：這是最主要的人為因子。人類為了農業、居住、工業、交通、休閒等目的，改變原有的土地覆蓋（如森林、草地）和土地利用方式（如耕作、城市建設）。這直接導致地景結構的劇烈變遷，例如：
    - 森林砍伐：將森林轉變為農田、牧場或城市，減少了森林斑塊，增加了農田或建築基質。
    - 城市化：將自然或農村地景轉變為城市聚落和基礎設施，形成高度人為化的地景。
    - 農業集約化：大規模單一作物種植，改變了傳統農田的多樣性，形成了均質化的農田地景。
    - 水利工程：修建水庫、灌溉渠，改變了區域的水文狀況和土地利用。

111 年國立成功大學資源工程學系碩士班甲組《工程地質》

第 1 題15 分

第 2 題10 分

第 3 題25 分

第 4 題20 分

第 5 題20 分

第 6 題10 分

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