The paper proposes a new, conservative fully-discrete scheme for the numerical solution of the regularised shallow water Boussinesq system of equations in the cases of periodic and reflective boundary conditions. The particular system is one of a class of equations derived recently and can be used in practical simulations to describe the propagation of weakly nonlinear and weakly dispersive long water waves, such as tsunamis. Studies of small-amplitude long waves usually require long-time simulations in order to investigate scenarios such as the overtaking collision of two solitary waves or the propagation of transoceanic tsunamis. For long-time simulations of non-dissipative waves such as solitary waves, the preservation of the total energy by the numerical method can be crucial in the quality of the approximation. The new conservative fully-discrete method consists of a Galerkin finite element method for spatial semidiscretisation and an explicit relaxation Runge--Kutta scheme for integration in time. The Galerkin method is expressed and implemented in the framework of mixed finite element methods. The paper provides an extended experimental study of the accuracy and convergence properties of the new numerical method. The experiments reveal a new convergence pattern compared to standard Galerkin methods.


翻译:本文为定期和反射边界条件情况下的正规浅水Boussinesq方程式的数值解决方案提出了一个新的、保守的完全分解的全套计划,该系统是最近产生的一系列方程式之一,可用于实际模拟,以描述微弱非线性和微弱分散性长水浪,如海啸的传播情况。对小温长波的研究通常需要长期的模拟,以便调查两种单流波的过度碰撞或跨洋海啸的蔓延等情况。对于单流波等非分流波的长期模拟,用数字方法保护总能量对于近似质量至关重要。新的保守的完全分解方法包括用于空间半分解的加勒金固定元素法和明确放松运行-库塔办法,以便及时整合。Galerkin方法在混合有限要素方法的框架内表达和实施。本文提供了对精确性和新趋近性波的趋同性新方法的扩展实验模型。

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