이미지 프로세싱 기법을 이용한 모래의 침강 속도 분석 = Settling Velocities of Sand using Image Processing Method

국문 초록 (Abstract)

모래의 침강 속도는 준설 매립시의 토사 이동량 산정, 침전지 설계 등에 있어 중요한 관련 인자가 되며, 특히 이동상 수치 모형에서 중요한 기초변수가 되므로 이를 구하기 위한 여러 연구가 수행되어 왔다. 침강 속도 측정을 위해서는 관측기구에 의한 흐름의 교란을 방지하고 입자의 추적이 가능한 PIV(Particle Image Velocimetry)가 가장 적절한 방법이라 할 수 있으나 이는 장비가 매우 비싸고 장소나 공간에 많은 제약을 받는 단점이 있다. 최근 디지털 사진 촬영 기술의 급격한 발전으로 디지털 이미지의 해상도가 높아짐에 따라 디지털 이미지 프로세싱(Digital Image Processing)이 다양한 공학적 문제의 해결에 활용되고 있다. 본 연구에서는 디지털 이미지 프로세싱 기법을 통해 모래의 침강 속도 분석을 실시하였다. 화강 풍화토 중 0.850mm (#20 sieve)이상의 입경을 대상으로 분석을 수행하였으며, 높이 100cm, 폭 30cm, 깊이 8cm의 컬럼을 이용하였다. 획득한 디지털 이미지는 그레이스케일화 후 최적의 임계값을 기준으로 흑/백 이진화를 수행하였으며, 추적 입자의 위치정보를 통해 개별 입자의 침강속도를 산정하였다. 모래 입자의 침강속도는 입경이 작을수록 감소하였으며 입경 4.75mm의 경우 324mm/sec, 입경 2mm의 경우 208mm/sec로 나타났다. 모래 입자는 수직방향 거동뿐만 아니라 수평방향의 거동 또한 나타났으며 이는 모래 입자의 형상이 완전한 구형이 아닌 다양한 형태이기 때문에 나타나는 현상으로 판단된다. 입자는 침강 중 수평방향으로 불규칙하게 유동하며 형상이 판형에 가까울수록 수평방향의 유동이 크게 나타났다. 본 연구를 통해 이미지 해석 기법을 이용하여 모래의 침강속도 측정이 가능함을 확인하였으며, 향후 수중 모래 이동 모델의 기초자료로써 활용될 수 있을 것으로 판단된다.