Determining spatial and temporal changes of surface water quality using principal component analysis

was discharged into the river without any treatment during the study period. The
fifth station (SH5), which is within the vicinity of
intensive urban areas and industrial settlements (concentrate production units), was selected from river downstream reaches (
Fig. 1
).
It should be mentioned that the sixth station (SH6) was a
ffected mainly by farming, large factories, and industrial zones. SH6 was the
last station before the river enters Lake Urmia. Location of the water quality monitoring stations and Band hydrometric station are
displayed in
Table 1
.
2.2. Water quality analysis
The
flow rate and all the required water quality parameters were measured monthly since December 2009 to January 2011 in the
mentioned stations of the Shahr Chai River (
Energy Ministry 2011
). T, DO, pH and EC were measured in situ by YSI 55 and YSI 63
field instruments (Yellow Springs Instrument Co., Yellow Springs, OH). TUR was obtained using Hach 2100AN model bench-top
turbidimeter (Hach Company, Loveland, CO). Calcium (Ca
2+
), magnesium (Mg
2+
) and chloride (Cl
−
) were measured by volumetric
titrimetry, and sulphate (SO
4
−2
) was determined by spectrophotometry using the turbidimetric method. Sodium and potassium were
measured by Flame Photometry Method (
APHA, AWWA, WEF 1995
). Ammoniac (NH
4
+
) and nitrate nitrogen (NO
−3
) were de-
termined by phenate and cadmium reduction methods, respectively. Total nitrogen (TN) was analyzed by cadmium reduction after
persulfate digestion. Total phosphate (TP) was also determined by ascorbic acid method (
APHA, AWWA, WEF 1998
).
The Helios-
α model UV–vis spectrophotometer (Thermo Scientific, Cambridge, United Kingdom) was used to analyze nutrient
forms. BOD was estimated through
five-day incubation, and Chemical Oxygen Demand (COD) was calculated using open reflux
method. TC and FC were determined by membrane
filtration methods. All water quality analyses were performed according to
standard methods for the examination of water and wastewater (
APHA, AWWA, WEF 1998
).
2.3. Water quality indices
To provide a standard method for comparing the relative quality of various water bodies, an index has been developed by
National Sanitation Foundation (NSF) (
Horton, 1965
). The index was calculated for determining water quality, using 9factors in-
cluding DO, FC, pH, BOD, T, total phosphates (TP), nitrates, TUR and TSS. WQI
min
(
Kannel et al., 2007; Pesce and Wunderlin, 2000
)
was calculated to determine the e
ffects of rural and urban zones’ effluents as an alternative to NSFWQI, which requires more
parameters. In the current study, the WQI
min
parameter selection process was carried out with two di
fferent statistical methods. In the
first method, WQI
min-p
(which is a calculation of WQI
min
based on the PCA results), a set of four parameters including COD, TUR, FC
and TC was selected (
Olsen et al., 2012
). In the second step, WQI
min-c
(a calculation of WQI
min
based on correlation matrix) was used
to identify the most signi
ficant parameters with the highest correlation coefficients (
TuranKoÇer and Sevgili 2014
). The ratings of
water quality indices are de
fined using the following
Table 2
. The mathematical expressions for NSFWQI and WQI
min
are given by
∑
=
=
NSFWQI
Q W
i
n
i

tải về 0.71 Mb.

Chia sẻ với bạn bè của bạn: