디지털 이미지 해석 기법을 이용한 매립토사의 침강 특성 분석

Abstract

준설 매립을 수행함에 있어 가장 중요한 것은 목표한 위치에 정확한 수량을 투하하는 것이다. 투하된 토사는 물의 흐름 또는 투기된 토사 자체의 움직임으로 인해 유실이 발생하며 이에 대한 기준으로 항만 및 어항설계 기준 및 해설에서는 입경에 따른 개략적인 유실율만을 제시하고 있다. 하지만 실제 유실율은 매립 토사의 입경 및 형상에 따른 침강특성의 차이로 인해 예측과 다소 상이하게 나타나며 또한 입경이 1.2mm이상인 경우 유실율을 0%로 제시하고 있으나 실제로 유실이 발생하므로 1.2mm이상의 입경을 가지는 입자의 침강거동을 파악하는 연구가 필요하다. 본 연구에서는 디지털 이미지 해석(Digital Image Processing)기법을 적용하여 입자의 형상 특징, 침강궤적 및 침강속도 산정을 실시하여 입자의 형상과 침강거동과의 관계를 분석하였다. 화강풍화토 중 평균 1~10mm의 입경을 가진 입자들을 대상으로 실험을 수행하였으며 입자의 형상 및 침강속도 측정을 수행하였다. 입자의 형상 측정은 개별 입자를 대상으로 수직방향에서 촬영한 디지털 이미지를 이용하였으며 침강실험을 위해 높이 100cm, 폭 30cm, 두께 8cm의 직사각형 수조를 이용하였다. 획득한 디지털 이미지는 그레이스케일화 후 최적의 임계값을 기준으로 흑/백 이진화를 수행하였으며, 추적 입자의 위치정보를 통해 개별 입자의 침강궤적 및 침강속도를 산정하였다. 입자의 형상 측정 결과, 원마도는 평균 0.72로 크게 모나지 않은 형태이며 종횡비는 평균 2.24로 긴 형태의 입자가 다수 존재하는 것으로 나타났다. 침강궤적 분석 결과 입자는 침강 시 수평방향으로 유동하거나 불규칙하게 운동하며 침강하는 것으로 나타났다. 침강속도는 입경이 작을수록 감소하였으며 평균직경이 같은 경우에도 침강속도 간에 최대 3배의 차이를 보였다. 이는 평균직경이 같은 경우임에도 불구하고 입자의 형상이 상이하기 때문이며, 입자 형상과의 비교 결과 입자의 종횡비가 클수록 침강속도가 감소하는 것으로 나타났다. 획득한 결과를 이용하여 회귀분석을 실시하였으며 입자의 크기, 형상을 고려한 침강속도 예측식을 제안하였다. 본 연구를 통해 이미지 해석 기법을 이용하여 모래의 침강속도 측정이 가능함을 확인하였으며, 향후 수중 모래 이동 모델의 기초자료로써 활용될 수 있을 것으로 판단된다.