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서울시는 '자연계 물순환 회복' 을 위하여 마장동 시범사업 구간을 통해
청소 효과에 따른 투수포장의 투수성능 회복 효과를 모니터링하고
있으며 본 연구에서는 , 최신 차원 영상분석 기법을 활용하여 청소 3
효과를 정량적으로 분석하고 투수블록의 투수지속성 관리를 위한
청소의 방법 주기 등의 유지관리 기준 방안을 마련하고자 한다.

'자연계 물순환 회복​'을 위한 투수포장의 확대 설치 요구

도시의 불투수율 증가는 표면 유출량 증가, 침투량 및 증발산량 저감, 열섬화 현상 등 심각한 환경문제의 원인이 된다. 서울시는 도시의 지속가능성을 확보하기 위해 ‘자연계 물순환으로 회복’을 목표로 여러 가지 정책을 추진하고 있으며 그중 하나가 불투수 면적 감소를 위한 투수성 포장의 적용이다. 투수성 포장은 공극을 통해 우수를 도로 하부로 침투시켜 빗물의 유출을 최소화하고 물 재이용을 가능하게 하는 공법이다. 서울시는 물순환 회복을 목적으로 도로에 다양한 투수성 포장을 적용하고 있다. 특히 “서울특별시 물순환 회복 및 저영향개발 기본조례(2014)”에서 폭 8m 이하 도로에 빗물관리시설의 설치를 의무화하여 2015년부터 서울시 보도에 투수블록 포장이 본격적으로 적용되고 있다.

투수포장의 불투수 문제 해결 방안 필요

그러나 시공된 투수블록은 보행자와 차량의 통행, 미세먼지, 가로수 낙엽, 이물질 등이 침투하여 공극이 막히고 투수 성능이 저하되는 문제점이 나타났고, ’17년 서울시 자체 조사 결과 시공 1년 후 투수 성능은 약 45% 수준으로 저하되고, 공용기간 2년 이내 투수블록은 기준값(0.1mm/sec) 이상으로 투수 성능을 유지하는 것으로 조사되었으나, 공용기간 3년 이후부터 적합률이 75% 수준으로 저하되는 등 투수의 기능을 상실하고 불투수화 되는 문제점이 발생하였다.
투수블록 포장은 투수성능 기준값인 투수계수 0.1 mm/sec 이상을 유지하기 위한 적정 유지관리 방안이 필요하게 되었다. 다시 말하면 투수블록 포장의 투수 성능을 유지하기 위해 청소 주기와 방법 등의 적정 유지관리 방안 마련이 필요하다.

정량적 분석을 위한 3차원 영상분석 기법 도입

투수포장의 청소 목적은 투수블록 내부의 공극에 막힌 이물질을 제거하는 것이고 이를 통해 투수 성능을 회복시키는 것이다. 기존의 투수 성능 확인 방법은 단순히 투수 되는 물의 양을 통해 청소 효과를 확인하는 방법으로 효과를 정량화하는 것에 한계를 가지고 있다.
하지만 현재는 기술의 진보로 인해 3차원 영상 촬영이 가능하게 되었고 촬영된 영상을 딥러닝을 통해 해석하여 다양한 결과를 도출하는 것이 가능해졌다. 본 연구에서도 3차원 Micro X-ray CT 촬영을 통해 골재 크기, 공극의 양과 분포 정도 등 내부의 단면구조 정보를 시각화하고 딥러닝을 통해 내부 정보를 정량화하여 다양한 투수 특성값을 획득할 수 있었다. 또한 영상분석 정보를 활용한 수치해석을 통해 실제 투수계수와 유사한 투수계수 산정이 가능하다는 것을 확인하였다.
영상분석 방법으로 내부 단면구조를 정량화할 수 있어, 다층 구조로 이루어진 투수블록의 특성상 실험으로 불가능하였던 유효공극률을 손쉽게 확인할 수 있었으며, 투수계수 시험 시 다른 값과 차이가 많은 값이 도출되었을 때 그 원인을 파악할 수 없었지만, 영상분석을 통해 원인 및 문제점을 파악할 수 있었다. 3차원 영상분석 기법은 투수블록 포장뿐 아니라 다양한 투수성 포장의 연구 및 품질 관리에 매우 유용한 방법이며 저소음 배수성 아스팔트, 투수성 아스팔트, 다공성 콘크리트 등 도로 분야 전반에 걸쳐 활용성이 매우 높은 분석 방법이다.

성능 중심의 유지관리 방안 제시

3차원 영상분석 방법을 통해 성동구 마장동 시범사업 구간에 적용한 4가지 유형 투수블록의 청소 효과에 따른 투수성능 변화를 정량화하였다. 청소 전후 투수포장의 투수계수를 측정하는 동시에 3차원 영상을 취득하여 내부단면 구조, 골재 크기, 공극률 및 공극의 분포 등을 시각화ㆍ수치화하여 투수계수의 변화의 원인을 정량적으로 분석하였다. 분석 결과는 다음과 같다.
각각의 투수블록은 상부층과 하부층의 골재 크기가 서로 상이하고, 단면구조의 차이로 투수포장의 초기 투수 성능과 청소에 따른 회복 효과가 달라지는 것을 확인하였다. 고압 살수 및 진공 흡입을 통한 청소 과정에서 하부층(A형은 중간층)의 이물질은 효율적으로 제거되고 있는 것으로 보이나 상부층의 청소 효과는 투수블록에 따라 다른 것으로 나타났다. 투수블록의 flow path가 많을수록 투수성능에 효과적일 수 있지만 flow path의 크기가 지배적인 영향을 미치는 것으로 나타났다. 공극의 크기에 따른 모세관압력의 차이에 의해 공극이 클수록 청소 효과가 커지고 작을수록 이물질이 많이 남아 있는 것을 확인할 수 있다. 이는 청소를 통해 전체 공극의 부피가 회복되어도 좁은 공극으로 연결된 투수블록의 flow path가 많을수록 청소로 인한 회복 효과가 제한적인 것으로 나타났다.
상용화된 보다 많은 투수블록 제품들의 다양성을 고려하면 투수지속성을 위해 단면구조, 재료 배합기준 등 제품 제작을 위한 기준을 제시하는 것은 매우 어렵다. 때문에 투수지속성 향상을 위해서는 성능 중심의 기준 제시가 필요하다.