简要版
渠道测流站遇到闸门壅水或逆流，光测水位就不够了，还得测流速。Lodestar 用一个窄声波波束来测：波束在断面上的一处斜穿水体，从渠底向上测，或从水面向下测。单波束有六个优势：
- 测整个水深：从近底到近水面分层测速，全天候不停；用转子式流速仪测流时，测验人员在每条垂线上逐点测速，测完一条再换下一条。在选址得当的站点，它的换算关系（把读数换算成断面平均流速）最少可以只做 10 次现场测流来率定；侧视式流速仪的关系往往要 20 次。
- 浅水也能测：水太浅、侧向波束用不了的渠道，它照样能测。
- 每个读数只来自一小块水体，不需要假设几个波束看到的是同一股水。
- 能装在水面向下测，避开会掩埋座底传感器的淤泥。
- 座底安装时可以加护罩，让水草杂物滑过去，少跑几趟清理。
- 体积小，功耗 2 W。
它的要求是：一段水流与渠道平行的顺直渠段、能保持角度的支架、一台单独的水位计，以及根据现场实测率定的关系。HyFlow 可以根据贵站点的情况提供方案，依托我们团队在亚太地区数十年的累计部署经验。
渠道测流站如何测量流量
回水或逆流让水位（相对于固定基面的水面高程）和流量（单位时间内流过的水量）对不上时，测流站还要用声学多普勒流速仪（ADVM）记录渠道某一部分的流速，即指标流速；再通过根据现场实测建立的换算关系（简称“关系”），把指标流速和水位换算成流量，详见本系列第一篇。公开发布的指标流速法技术指南里介绍的 ADVM，用的是两个或更多波束，有的从渠底向上测，有的从岸边侧向测。那么，只用一个波束好在哪里？
测整个水深，而不只是某一层
水流通常是渠底附近慢、越往上越快，流速随水深的变化叫垂线流速分布。流量测验时，水文测验人员（在现场测流的专业人员）按公开发布的技术指南，用转子式流速仪在每条测速垂线（从水面到渠底的一条竖线）上一般测一两个点，测完再换下一条；指南认为逐点测出整条分布曲线太费时间，不适合日常测流。Lodestar 装在渠底或水面时，逐个单元测出所在垂线上的分层流速，全天候不停，回水、逆流或风改变了分布，记录里都看得到。流量测验仍是基准：这一处的流速怎样换算成断面平均流速，靠用这些测验率定的指标流速关系。
侧视式流速仪装在渠岸或墙上，测的是一个固定高度；水位一涨一落，这个高度在水深中的位置就变了，所以它的关系往往还要把水位当第二个输入量（关系用到的第二个读数）。指南要求每个输入量至少有 10 次率定测流（建立关系所依据的现场测流），加了水位的关系就至少要 20 次。Lodestar 根据水位记录选取单元，无论水位高低，指标流速覆盖的都是水深中相同的部分，比如中间 60%，这正是指南对向上测的流速仪推荐的做法。侧视式要加水位的一个常见原因，在这里就不存在了：在选址得当的站点，Lodestar 的关系可以只用指标流速一个输入量，率定测流最少 10 次。如果垂线流速分布会无规律地变化，而水流沿渠宽仍较均匀，指南也推荐向上测的流速仪。
这能省下什么。率定测流由测流顾问（负责率定关系的测验单位）派水文测验人员去做，要覆盖站点的整个流量变幅，现在常用他们带到现场的船载声学多普勒流速剖面仪（ADCP），例如 HyFlow 的 Voyager。如果侧视式流速仪的关系要加水位、而 Lodestar 的关系不用，最低测流次数就从 20 次降到 10 次：付费的外业工作日少了，流量记录也能更早投入使用。日后出现偏移，修正起来也简单：只以指标流速为输入量的关系，指南可以用平移改正（给指标流速加减一个固定的修正值）；还用到水位的关系，指南没有给出这种办法。偏移如果长期存在，不管用哪种流速仪，都得重新率定。
现场结果。我们团队的经验中有这样一个站点：在亚太地区的一条大河上，两台 Lodestar 各测一条垂线上的分层流速，再结合水位和实测断面，用水力学模型（按水流规律推算流量的计算方法，而不是指标流速关系）算出流量。在一个 3 个月的汛期里，算出的流量过程线一直贴着 50 多次人工实测点，从小流量到约 2400 m³/s 的洪峰都是如此；在一个冬季枯水期，算出的流量与 5 次实测相差都在 4.3% 以内。大河毕竟不同于渠道。
浅水也能测
侧向发射的波束上下都要留有水深，而声波一边传播一边展宽：波束开角 1.4° 的波束，传到 20 m 处宽约 0.5 m。在水深 1 m 的渠道里于半水深处水平发射，到这个距离，波束边缘离水面和渠底都只剩约 25 cm，偏离轴线的较弱声波还会更早碰到它们。所以水一浅，可用测程就缩短；远端回波太弱、不得不截短时，仪器平均的也就不再是率定关系时的那部分水体。
向上或向下测的波束只需穿过水深。Lodestar 从距换能器 0.05 m 处开始测，单元最小 0.025 m，浅渠也能测出多个单元；水太浅、侧视式流速仪用不了的地方，指南也建议改用向上测的流速仪。从墙上水平发射的 Lodestar-U，和其他水平波束一样受这些限制。
每个单元只测一小块水体
多波束流速仪要把几个波束的读数组合起来，才能把顺渠向流速与垂向、横渠向的运动分开。各波束测的是不同位置的水体，越远相隔越远，组合计算的前提是各处水流运动相同：在顺直、均匀的渠段成立，到了墙体、墩柱、闸门附近，或者侧视式流速仪没装水平时，就未必了。
Lodestar 没有需要组合的波束。每个单元测的就是这个单元里的水流，窄波束又让单元保持很小：在 10 m 处宽约 25 cm。它自己的前提是水流与渠道平行，而这本来就是公开发布的技术指南对每个指标流速站点的要求。
可以从水面向下测
在沙或淤泥沿渠底移动、可能掩埋换能器的地方，指南认为向上测的流速仪并不合适。Lodestar 有三种型号（如何选择，见本系列第三篇）：
- Lodestar-B：座底安装、向上测，适用于坚实、不淤积的渠底，衬砌与否均可。
- Lodestar-S：在水面向下测，一般装在浮标（锚定在原处的浮体）上，有时装在固定结构物上。换能器在泥沙之上，波束照样斜着穿过整个水深。
- Lodestar-U：圆柱形，由安装单位做支架，固定在墙体、墩柱或桥台上。
加装护罩，水草杂物缠不上
水草和杂物挂在座底传感器上，读数就会出问题，直到维护人员清掉为止。座底多波束流速仪有几个换能器斜着向上测，朝上游、下游的都有，只能裸露安装。Lodestar-B 只有一个波束：让换能器朝向下游，在顶部和迎水一侧加流线型护罩，杂物就会从上方滑过，波束路径也不受遮挡。这样既保住了数据，也少跑几趟去清理满水渠道里最难接近的座底传感器。有逆流的站点，把护罩装在杂物主要来向的一侧。支架和电缆走线的更多做法，见第三篇。
短测程设计，外壳小巧
频率高低是一种取舍：单元尺寸和平均时间相同时，频率越高，流速噪声越小，测程也越短；Lodestar 工作频率 1.7 MHz，本身就是按短测程设计的。公开发布的技术指南更看重测到有代表性的水流（流速能跟随断面平均流速变化的水流），而不是测到的水体大不大，并指出在宽阔的河流上，布置得当的短测程高频流速仪可以胜过长测程流速仪。
波束开角 1.4°，沿波束的声波测量范围为 0.05–20 m。标准外壳尺寸为 240 mm × 75 mm，重 1.2 kg；采样时 12 VDC 供电，功耗 2 W；每秒最多采样 10 次，通过 RS232 或 RS485 输出带正负号的流速（一个方向为正、反方向为负），因此可以正反双向测流。
对站点的要求
测流顾问会核查四个条件：
- 水流与渠道平行。单个波束分不清是流向变了还是流速变了，垂向运动也会被当成顺渠向流速，波束越陡越明显。指南要求顺直渠段长度至少约 90 m 或 5–10 倍渠宽，取较长者，并与闸门、跌水、分水口和入流相距 5–10 倍渠宽；回水可以沿渠道向上游延伸很远，所以回水站点往往也能拉开这个距离。
- 能保持角度的安装支架。倾角稍有变化，读数就会跟着变，所以固定支架必须牢固。位置的要求则宽松得多：向上测或向下测的 Lodestar，无论装在渠底还是浮标上，位置稍有偏移，测的基本还是同一条垂线，指标流速变化不大。所以每次维护后大致复位就行：按内置三维姿态仪（倾角和罗经）的读数微调角度参数，就能补偿倾角的微小变化。姿态仪也会记录浮标的倾斜。波束水平、从渠壁打出时，则必须准确复位。支架如果被撞或移位，就做一次校核测流（重新测一次流量，与关系比对）来确认记录。HyFlow 目前还不提供安装硬件，但可以提出支架设计方案（座底安装的还包括护罩），由安装单位制作。
- 指标流速要用干净的单元。紧挨外壳的单元处在被外壳扰动的水里，紧贴水面（水面安装时则是渠底）的单元会被这个边界的回波干扰，所以指标流速只取两者之间的单元。各单元的信号强度和信号可信度可以帮助选取单元，日后也能借此发现污损附着。
- 水位计和关系。Lodestar 不测水位，站点需要自备水位计；测流顾问会在全部流量范围内做流量测验（有逆流的也要测），并定期做校核测流，据此率定关系。
Lodestar 适合哪些站点
Lodestar 专为回水或逆流让水位和流量对不上的顺直渠段设计。已率定关系的站点如果换用另一种流速仪，就得重新率定指标流速关系，所以新建站点和正准备更换流速仪的站点，正好可以重新选择。
遇到不熟悉的术语，可以查看通俗术语表。
如果您的站点存在回水或逆流，请把渠道形状、水深范围和现有设备告诉我们，并获取报价。我们会随报价为贵站点提供一份方案。