项目背景与行业痛点
水面蒸发是水文、气象、农业水资源、生态环境和水量平衡研究中的重要基础参数。水库、农田、湿地、湖泊和生态试验区的水分损失不仅受到空气温度、湿度和太阳辐射影响，还与风速、降雨及水体自身热状态密切相关。传统蒸发皿观测通常依赖人工定时读取水位，并通过补水或取水使皿内水位恢复到规定基准。人工方式能够完成基本观测，但存在读取时间不连续、夜间无人观测、补水量记录容易遗漏、降雨以后需要人工处理以及不同人员操作误差等问题。
自动蒸发监测最大的技术难点并不是单纯测量液位，而是区分“真正蒸发造成的水位下降”和“补水、降雨、放水等人工或自然事件造成的液位变化”。如果只用相邻两个液位直接做差，自动补水以后甚至可能得到错误的负蒸发结果。强降雨条件下还可能出现皿内水位快速升高。如果超过合理观测范围，不仅影响后续蒸发计算，还可能造成溢流。一旦发生未记录的自然溢流，后续蒸发量将难以准确还原。因此，本方案在S-EVAP高分辨液位蒸发监测基础上增加自动补水电磁阀和自动放水电磁阀，并由边缘主机统一记录补水、排水、降雨和皿内液位变化，使蒸发皿长期维持在合理观测水位区间，实现无人值守连续蒸发量监测。
建设目标与监测目标
本项目建设蒸发量自动化在线监测系统，对蒸发皿水位和蒸发量进行全天候连续观测。
系统主要监测皿内实时水位、水位变化量、小时蒸发量、日累计蒸发量以及设备运行状态。
通过配置自动补水电磁阀，在水位因持续蒸发下降至补水控制条件时自动补入规定水量，使水位恢复至设定工作区间。
通过配置自动放水电磁阀，在强降雨造成皿内水位升高至排水控制条件时执行受控放水，避免水位超过设备有效观测范围或发生不可记录的溢流。
系统同步记录补水开始、补水结束、补水量或等效水深、排水开始、排水结束、排水量或等效水深以及降雨事件，用于蒸发量修正。
所有数据通过4G蜂窝网络上传SIYB智能监测平台，实现长期无人值守、远程查看、自动控制、异常告警和历史数据追溯。
需求分析
蒸发量综合在线监测首先要求蒸发皿具有稳定、开阔和具有代表性的暴露条件。周围建筑、树木、墙体、反射面和大型设备可能改变风场、太阳辐射和局部热环境，从而影响观测结果。
第二，需要保证蒸发皿安装水平。皿体倾斜以后，不同位置水深不一致，会降低液位变化与实际水量之间的换算准确性。
第三，需要正确处理降雨。降雨会直接增加皿内水量，因此如果不进行降雨修正，平台可能把降雨后的液位升高解释为蒸发量减小或负值。
第四，自动补水必须被独立计量或可靠记录。每一次补水造成的液位增加不能参与自然蒸发量的直接差分计算。
第五，自动放水同样必须记录。如果降雨后系统主动排出部分皿内水，而算法不知道实际排水量，会把人为排水错误计算成蒸发。
第六，需要对补水和放水设置液位回差、最长动作时间和故障保护，避免液位在控制点附近波动造成电磁阀频繁启停。
第七，项目采用4G通信时，应保证即使公网短时失联，补水、排水和蒸发计算仍能在边缘端独立执行，而不能依赖云平台在线才能完成基本控制。
总体解决方案
本方案以S-EVAP蒸发量在线监测仪为核心，由蒸发皿、高分辨率液位感知单元、边缘数据采集与控制主机、补水电磁阀、放水电磁阀、补水水源及管路、排水管路、4G通信模块、供电系统以及SIYB智能监测平台组成。
高分辨液位单元连续获取蒸发皿实际水位，由边缘主机计算规定时间窗口内的水位变化。
正常无降雨、无补排水条件下，水位下降主要用于计算蒸发过程。
当皿内水位降低至设定补水启动值时，边缘主机开启补水电磁阀；水位恢复至补水停止值后关闭电磁阀，并完整记录该次补水事件。
强降雨以后，当水位升高至排水启动值时，边缘主机开启放水电磁阀；水位下降至设定恢复水位后关闭排水阀，并记录该次排水事件。
蒸发计算同时结合水位变化、降雨、补水和放水记录完成修正，从而避免把人工水量调节误认为自然蒸发。
所有直接测量值、控制事件、修正结果、质量码和设备状态统一通过4G上传SIYB平台。
系统架构设计
系统由蒸发感知层、自动水位控制层、边缘计算层、4G通信层和SIYB数据应用层组成。
蒸发感知层由蒸发皿和高分辨率液位感知单元组成，负责连续获得皿内水位。
自动水位控制层由补水电磁阀、放水电磁阀、水源、管路及项目化水量反馈单元组成。
边缘计算层完成水位采集、补水和排水控制、降雨修正、蒸发量计算、异常判断、质量码、本地存储和断网补传。
4G通信层负责现场监测站与远程平台之间的数据传输。
SIYB平台负责实时蒸发量、皿内水位、自动补排水事件、历史趋势、设备状态、告警、报表和数据接口管理。
监测内容与监测方法
皿内水位是系统核心直接监测量，用于描述蒸发皿内当前实际水面位置。
水位下降量在排除降雨、补水和排水影响以后用于计算对应时间段蒸发量。
小时蒸发量按照规定小时窗口计算，用于观察一天内蒸发变化过程。
日累计蒸发量由当天有效时间段蒸发数据累计形成。
补水事件记录包括启动时间、停止时间、补水前水位、补水后水位以及项目配置的补水量或等效水深。
排水事件记录包括启动时间、停止时间、排水前水位、排水后水位以及项目配置的排水量或等效水深。
降雨修正可以由项目配套雨量计提供降雨数据，也可以按照最终系统设计采用项目认可的降雨事件输入方式。
设备状态包括液位传感器、电磁阀、4G通信、供电、本地存储和项目配置的水源状态。
技术原理与算法模型
S-EVAP通过高分辨率液位测量连续获得蒸发皿水位变化，并由边缘主机对蒸发、降雨及补排水造成的水位变化进行区分。
在不存在降雨、补水和排水的理想时间段内，可将某时间段蒸发量近似表示为E=H1-H2，其中H1为时间段开始水位，H2为结束水位。
实际自动化运行中，需要把降雨、补水和排水加入水量平衡。
若以等效水深表示各水量，可将计算关系概括为：E=(H1-H2)+P+Hin-Hout。
其中E为实际蒸发量，P为同期进入蒸发皿的有效降雨量，Hin为自动补水产生的等效水深，Hout为自动排水产生的等效水深。
如果补排水采用体积计量，则可根据蒸发皿有效面积A进行换算：Hin=Vin/A，Hout=Vout/A。
平台计算时应以项目最终定义的皿体有效面积、液位零点、补排水计量方式及降雨修正方法为准，不使用未经现场确认的固定面积系数。
自动补水和排水应采用双阈值回差逻辑。例如水位低于HL时启动补水，恢复至HL2后关闭；水位高于HH时启动排水，下降至HH2后关闭，从而避免电磁阀在临界水位频繁动作。
自动补水与自动放水控制
自动补水主要解决长时间蒸发造成皿内水位逐渐降低的问题。水位过低可能改变蒸发皿实际工作状态，也可能使液位感知单元进入不合适的测量区间。
边缘主机持续监测皿内水位，当水位达到项目设定的补水启动条件，并且系统确认当前不存在液位传感器故障或其他禁止条件时，开启补水电磁阀。
补水过程中持续采集液位。当水位达到补水停止值以后自动关闭补水电磁阀。
每一次补水事件独立记录，并参与后续蒸发量修正，而不是直接把补水后的液位跳变计入自然蒸发。
自动放水主要用于降雨或其他原因造成的皿内高水位管理。当水位达到排水启动值时，由边缘主机开启放水电磁阀。
水位降低至项目规定的恢复值后关闭放水电磁阀，避免过度排水。
补水阀和放水阀之间应设置互锁逻辑，不允许两个阀门在正常控制模式下同时开启。
系统还应设置单次最大补水时间、单次最大排水时间、每日最大动作次数和液位无响应保护。如果阀门已经开启但水位没有出现合理变化，应停止动作并产生设备故障告警。
断网状态下自动补水和自动排水仍由现场边缘主机按照已经冻结的控制规则独立运行，不依赖远程平台在线。
系统功能设计
系统具备蒸发皿水位连续监测、蒸发量自动计算、日累计蒸发量、降雨修正、自动补水和自动排水功能。
液位闭环控制功能根据上下限和回差逻辑驱动补水及排水电磁阀。
事件记录功能完整保存每一次补水、排水、降雨和设备异常事件。
边缘质控功能支持超量程、突变、漂移、结冰、异常变化率和设备状态判断。
本地存储功能使4G网络中断期间仍持续保存液位、蒸发量和电磁阀动作记录。
远程诊断功能显示液位感知单元、补水阀、排水阀、4G、电源和其他关键部件状态。
平台支持阈值、持续时间、变化率、设备故障和组合条件告警。
开放接口支持将蒸发数据接入气象、水文、水利、生态或农业业务平台。
硬件组成与配置方案
系统主要由S-EVAP蒸发量在线监测仪、蒸发皿、高分辨率液位感知单元、边缘数据采集与控制主机、补水电磁阀、排水电磁阀、补水储水装置、过滤器、供排水管路、4G模块、供电系统和现场防护组件组成。
补水水路宜配置过滤组件，降低泥沙、水垢或其他颗粒造成电磁阀卡滞的概率。
补水水源应具备稳定水压或采用项目化储水结构，具体供水方式根据无人值守周期设计。
排水管路需要保证排水出口顺畅，不形成虹吸反抽或外部雨水倒流。
补水和排水电磁阀应选用与供电电压、管径、水压和户外环境相适配的型号，并采用常闭型或项目确认的失效安全结构。
对于科研或高完整性项目，可在补水和排水支路增加流量计或定量水量装置，使补排水修正不只依赖液位变化。
如需自动进行降雨修正，建议同步配置自动雨量监测设备，并采用统一时间戳接入边缘主机。
核心设备参数
S-EVAP蒸发量在线监测仪蒸发量程为0～200mm。
典型测量精度为±10%F.S，实际性能以最终配置和出厂检验资料为准。
响应时间小于1s。
蒸发皿资料典型内径约18.4cm，高约20cm，实际尺寸按照最终产品配置确认。
输出支持RS485/Modbus、4～20mA或电压信号。
设备资料典型防护等级为IP66。
系统按照“感知单元+边缘数据采集主机+通信+SIYB平台”的完整产品形态交付。
本方案远程通信统一采用4G蜂窝网络。
采集周期与4G上传周期可以分别配置，具体根据蒸发观测时间分辨率、供电和通信条件确定。
系统支持循环存储和断网缓存，4G通信恢复以后按照原始时间戳补传。
自动补水电磁阀、自动排水电磁阀、水路管径、额定压力、阀门功率及流量属于项目化执行组件，当前S-EVAP说明书未提供统一固定参数，因此应按照最终供水条件和项目配置表选型。
软件平台与数据展示
SIYB智能监测平台按照“项目—区域—蒸发监测站”的方式管理在线蒸发数据。
实时页面展示当前蒸发量、皿内水位、今日累计蒸发量、最近数据时间、4G通信和设备状态。
补排水页面记录补水电磁阀和排水电磁阀当前状态，并保存每一次动作的开始时间、停止时间和对应水位变化。
历史趋势页面可以同时显示皿内水位和蒸发量曲线，使人工补水、自动补水、降雨和自动排水造成的液位突变具有明确事件标记。
日统计页面展示日蒸发量、补水次数、补水量、排水次数、排水量及项目配置的降雨量。
质量控制页面自动标记超量程、突变、漂移、离线、结冰、维护、校准和电磁阀异常等状态。
系统支持日报、月报、校准记录、维护记录和参数修改记录。
平台支持CSV、Excel数据导出，并可按照项目约定提供API、MQTT、Modbus等接口。
数据分析与智能应用
连续蒸发数据可以用于分析一天内水面蒸发变化。例如晴朗、太阳辐射较强和风速较高条件下，蒸发速率通常可能出现明显变化。
平台可以统计小时、日、月及不同季节累计蒸发量，并形成长期蒸发时间序列。
将蒸发量与空气温度、相对湿度、风速和太阳辐射同步，可以分析不同气象条件对开放水面蒸发的影响。
农业项目可将蒸发量与土壤水分、降雨和灌溉数据联合分析，为农田水量平衡和水分研究提供基础数据。
水库和水文项目可将蒸发数据与水位、降雨和流量资料联合分析，用于水量平衡研究。
补水和排水事件长期保存以后，可以评价蒸发皿自动维持工作水位的运行情况，并及时发现某段时间频繁补水、频繁排水或阀门异常。
如果系统连续出现补水频率明显增大，但同期气象环境没有相应变化，可进一步检查蒸发皿泄漏、水路或液位感知状态。
预警机制与决策支撑
系统可设置低水位预警、极低水位报警、高水位预警和超高水位报警。
正常低水位条件由自动补水逻辑处理；如果补水阀开启后规定时间内水位没有明显上升，则形成补水异常告警。
高水位条件可启动自动排水；如果排水阀开启后水位仍继续上升，则形成排水异常或强降雨关注事件。
补水电磁阀和排水电磁阀出现同时开启指令时，系统应通过软件和硬件互锁阻止执行并记录异常。
短时间不合理液位突变应优先进入质量判断，避免立即被解释为巨大蒸发量。
4G离线、供电异常、液位长期固定和传感器超量程属于设备状态告警。
蒸发异常值应结合降雨、风速、温湿度和设备状态进行综合复核，不建议仅使用单个蒸发阈值直接判断自然环境异常。
项目实施方案
项目实施前应明确蒸发观测用途、统计周期、自动补水方式、自动排水方式、降雨修正方法、供电、4G网络和验收口径。
现场应选择开阔、具有代表性的位置，并调查遮挡、反射面、热源、建筑尾流、强风、积雪和维护通道。
安装蒸发皿时应严格调整水平，并建立稳定基础，防止长期沉降改变水位基准。
安装液位感知单元以后配置零点、量程、采集周期和质量判断规则。
补水水源、过滤器、补水阀和管路安装完成后，应分别测试最小水位、补水启动、补水停止及超时保护。
排水管路完成后分别测试高水位启动、恢复水位停止、防倒灌和排水超时保护。
如果配置雨量计，应完成统一授时，并验证降雨过程中液位变化与降雨数据时间对应关系。
边缘主机完成4G、平台、电磁阀联动、本地缓存和断网补传测试后进入试运行。
试运行期间采用人工蒸发观测或项目认可参考方法进行并行比对，确认液位变化、补排水修正及日蒸发结果合理后再正式使用。
运维服务保障
蒸发皿应保持内部清洁，定期清理藻类、泥沙、昆虫、树叶和其他可能影响有效水面的杂物。
长期运行需要检查蒸发皿水平度和安装基础是否发生沉降。
液位感知单元应根据数据质量和现场环境进行清洁、比对和校准。
补水电磁阀和排水电磁阀应定期执行功能测试，检查阀芯卡滞、泄漏和无法关闭等情况。
补水过滤器应根据水源清洁程度进行检查和更换，避免杂质进入阀体。
寒冷地区进入结冰条件以后，应根据项目观测要求采取停测、防冻、加热或其他措施，不能把结冰期间异常液位直接作为有效蒸发数据。
4G网络异常期间设备继续本地记录和执行自动水位控制，通信恢复后补传全部历史数据和阀门动作记录。
校准、清洁、换阀、调整水位阈值和算法参数均应形成维护和版本记录。
项目优势与方案价值
S-EVAP不是简单上传一个蒸发量，而是同时保存皿内水位、蒸发结果、补水/降雨标记、日累计和设备状态，使蒸发量具有完整的数据证据链。
0～200mm蒸发量程可以满足多类气象、水文、农业和生态蒸发观测需求。
小于1s的液位响应能力使系统能够及时捕捉皿内水位变化，并为自动补排水控制提供实时输入。
自动补水功能可以减少人工定期恢复蒸发皿工作水位的工作量。
自动排水功能能够在强降雨造成高水位时进行受控排水，降低自然溢流导致观测链中断的风险。
补水、排水和降雨修正把人工或自然进出水与真实蒸发过程分开，避免简单液位差分造成错误结果。
4G通信、本地存储和断网补传适合气象站、水文站、农田和偏远生态观测点长期无人值守运行。
SIYB平台同时保存直接液位、计算蒸发量、阀门动作、质量码和设备状态，使长期蒸发数据能够追溯和复核。
应用场景
本方案适用于气象站和农业气象站开放水面蒸发连续观测。
适用于水文站、水库、湖泊和水利项目水面蒸发监测。
适用于农田水分研究，将蒸发量与降雨、土壤水分和作物耗水进行联合分析。
适用于节水灌溉科研，对不同季节蒸发条件和土壤水分消耗进行长期记录。
适用于湿地、草地、荒漠和生态定位观测站的水分循环研究。
适用于高校和科研院所开展蒸发、水量平衡和气象环境相关试验。
适用于新能源、交通和其他需要获得长期环境蒸发条件的综合在线监测项目。
适用于偏远无人值守环境，通过自动补水、自动排水和4G平台减少人工现场操作。
效益分析
连续性方面，将人工每日或定时读取蒸发皿扩展为全天候连续液位和蒸发时间序列。
自动化方面，低水位自动补水、高水位自动放水，减少日常人工调整皿内水位。
数据可信性方面，补水、排水和降雨全部作为独立事件参与蒸发修正，而不是把所有液位变化都当成自然蒸发。
极端天气方面，受控排水能够降低强降雨导致蒸发皿自然溢流后数据无法还原的风险。
远程管理方面，4G平台使管理人员可以查看当前水位、阀门、蒸发量及设备状态，再按需安排现场巡检。
科研方面，连续原始液位、蒸发量和控制事件为水量平衡、农业水分和生态环境研究提供更加完整的数据。
标准规范与政策依据
蒸发及气象观测方法可根据项目实际用途参考World Meteorological Organization发布的WMO-No.8《Guide to Instruments and Methods of Observation》相关观测方法。
具有外壳防护等级声明的设备可根据实际配置参考GB/T 4208-2017《外壳防护等级（IP代码）》。
采用RS485/Modbus进行S-EVAP、边缘主机及其他设备集成时，可参考Modbus Application Protocol Specification V1.1b3。
自动补水和排水属于系统执行控制功能，项目设计还应根据实际供水压力、电气安全、防冻、防雷和现场维护条件确定电磁阀及管路方案。
涉及国家或行业气象、水文业务观测时，还应执行对应业务主管部门现行观测规范、设备认证和数据质量要求。
上述文件主要用于监测方法、系统设计和接口参考，不表示S-EVAP整套系统自动满足所有行业认证、业务考核或计量要求。
成功案例
成功案例应以真实完成并获得客户公开授权的项目资料为准。典型农业水分研究项目，可建设一套S-EVAP自动蒸发监测站，并配置高分辨液位感知、自动补水电磁阀、自动排水电磁阀、4G边缘主机和SIYB智能监测平台。
正常晴天运行期间，蒸发皿水位随蒸发逐渐下降，边缘主机持续计算对应蒸发量。
当连续蒸发使皿内水位达到补水启动值时，系统自动打开补水电磁阀。达到目标恢复水位以后关闭阀门，并把该次补水作为独立水量事件参与蒸发量修正。
当强降雨使皿内水位快速升高至高水位控制条件时，系统启动排水电磁阀，将水位恢复至规定工作区间，并完整记录排水事件。
整套运行过程中，平台持续保存皿内水位、蒸发量、降雨、自动补水、自动排水、质量码和设备状态。
4G通信短时中断期间，现场边缘主机仍继续执行蒸发采集、补水和排水控制；网络恢复后重新上传历史记录。
长期运行以后，可以形成小时蒸发、日累计蒸发、补排水事件和气象环境共同组成的完整蒸发观测数据库。
以上属于基于S-EVAP及自动补排水执行机构能力编制的典型应用流程，不作为欣仰邦既有客户名称、实际项目业绩或固定业务效果声明。
参考文献
[1] World Meteorological Organization. Guide to Instruments and Methods of Observation (WMO-No.8), 2024 edition.
[2] GB/T 4208-2017，《外壳防护等级（IP代码）》及相关修改文件。
[3] Modbus Application Protocol Specification V1.1b3。
[4] 蒸发皿、水面蒸发、水量平衡及自动蒸发观测相关气象水文技术资料。
[5] 降雨修正、补水修正、受控排水及蒸发皿自动水位维持相关工程技术资料。
[6] 农田水分、降雨、蒸发和土壤水分联合观测相关农业水文研究资料。