Comparative Analysis of Finitc Difference Methods for the St, Venant Equation

St. Venant식에 관한 유한 차분법의 비교 분석

Characteristics of finite difference schemes for St. Venant equation were compared with two input cases. One is the monoclinal wave which has large friction slope without discontinuity and the other is the shock wave with discontinuity. For monoclinal wave, Keller Box scheme is the best in terms of accuracy, efficiency and stability when two parameters were selected with a rele : $0.5{\leq}{\theta}{\leq}1.0$, ${\theta}+{\psi}$=1, But for shock wave only the Preissmann type of parameter ${\psi}$(=0.5) showed stable results. Numerical experiments of monoclinal wave showed that Lax-Wendroff and Richtmyer schemes were more stable than leap Frog and more accurate than Lax-Fredrich scheme. For shock wave Lax-Fredrich showed larger numerical dissipation than other explicit schemes and Leap Frog produced slower mass transport.

St. Venant식에서 상대적으로 마찰경사항이 크고 연속적 파형이 유입하는 경우와 급격한 불연속 부위를 가진 충격파가 유입하는 경우에 유한차분 수치해의 특성을 비교하였다. 그 결과 단일 증감파에는 Keller Box 해법이 $0.5{\leq}{\theta}{\leq}1.0$, ${\theta}+{\psi}$=1로 두 매개변수를 정했을 때 정확도와 효율성, 안전성의 측면에서 가장 좋았다. 그러나 충격파에서는 Preissmann 형태의 매개변수 ${\psi}$(=0.5)를 사용하여야만 안정하였다. Lax-Wendroff, Richtmyer 해법은 Leap Frog에 비해 안정성에서, Lax-Fredrich 해법에 비해 정확성에서 더 좋은 방법임이 단일 증감파의 수치실험에서 나타났고, 충격파에서는 Lax-Fredrich가 다른 양해법들에 비해 과도한 수치적 dissipation을 Leap Frog은 느린 질량전달을 보였다.