基于NSGA-Ⅲ多目标优化算法的长短历时暴雨强度公式推求与适用性分析

来源：水资源与水工程学报杂志2026年第1期北京时间：

作者：赵君，杨林，刘翠善，刘雨，徐进超，肖凯旗，蔡雨菲

单位：（1.南京信息工程大学水文与水资源工程学院,2.南京水利科学研究院,3.长江保护与绿色发展研究院,4.扬州大学

摘要：暴雨强度公式是城市雨洪排涝系统设计与洪涝风险评估的重要内容，其精度在很大程度上依赖于历史降雨极值的统计建模和参数估计方法。构建了以P-Ⅲ型分布为内核、以非支配排序遗传算法Ⅲ（NSGA-Ⅲ）为优化工具的山区城市暴雨强度公式。主要基于贵州省安顺市1990—2024 年逐分钟降雨观测数据，采用P-Ⅲ型分布、Gumbel分布、指数分布等经典概率分布函数建立不同重现期下暴雨强度-历时-重现期关系，利用NSGA-Ⅲ算法对无约束条件下非线性模型参数进行多目标优化求解，推算出各测站和区域综合短历时（180 min）、长历时（1 440 min）暴雨强度公式，并通过对比新旧公式的设计值、历史极端降雨事件及长序列趋势分析与突变检验，对修编公式进行综合复核与适用性研究。结果表明：一方面，不同概率分布函数在山区城市暴雨强度公式推求中存在差异性，P-Ⅲ型分布在拟合偏态显著的降雨资料时表现最优，Gumbel分布在高重现期下极端降雨建模中具有较好适应性，而指数分布结构简洁，可用于数据缺失严重或初步规划阶段的快速估算；另一方面，在确认P-Ⅲ型分布为最优模型后，通过融合Pareto支配机制与参考点引导策略，引入的NSGA-Ⅲ算法显著提升了参数估计的稳健性与整体拟合精度。此外，考虑到安顺站是经常性的暴雨中心，从工程安全出发将新版安顺站暴雨强度公式作为安顺市暴雨强度推荐公式，主要适用于安顺市中心城区，而区域统一暴雨强度公式可作为主城区外降雨资料稀缺区域确定设计暴雨参数的有效参考，并建议每隔5～10 a对安顺市暴雨强度公式进行修订。研究分析成果可为分布函数合理选型及暴雨强度公式的优化提供理论依据，有助于提升山区城市雨洪系统的设计适应性与防灾减灾能力。

关键词：暴雨强度公式,概率分布函数,频率分析,参数估计,非支配排序遗传算法Ⅲ（NSGA-Ⅲ）

基金资助：国家重点研发计划项目(2022YFC3202300); 国家自然科学基金项目(U2240203、52121006); 宁波市“科创甬江2035”重点研发计划项目(2025Z036); 新疆伊犁州科技援疆项目(YHZ2024B02); 江苏省高等教育学会教学改革专项课题(2024AIGE39); 南京信息工程大学“课程思政”示范课程建设项目(2024KCSZK09、2024KCSZK14); 南京信息工程大学通识教育核心课程建设项目《走近黄河》、南京信息工程大学教材建设基金项目(23JCLX005