A review of water quality index models and their use for assessing surface water quality

Total 
1 
0.98 
1 
1 
1 
1 
1
Bordalo et al., 
2006 
Oana, 2010 
Carvalho et al., 
2011
SRDD 
Tem. 
0.05 
0.05 
0.1 
0.05
SS 
0.07 
0.07 
0.07 
0.07
pH 
0.09 
0.09 
0.11 
0.09
DO 
0.18 
0.18 
0.17 
0.19
BOD 
0.15 
0.15 
0.11 
0.15
SC 
0.06 
0.06 
– 
0.06
NH
3
-N 
0.12 
0.12 
– 
0.12
FC 
0.12 
0.12 
– 
0.12
TP 
0.08 
0.08 
0.1 
–
TON 
0.08 
0.08 
– 
–
*NO3
– 
– 
– 
0.1 
–
*COD
0.15
Total 
1 
1 
0.76 
0.85
*researchers modified WQ parameters. 
Md.G. Uddin et al.

---

Ecological Indicators 122 (2021) 107218
12
An additive function is used to aggregate the final WQI value as 
follows: 
WQI
=
[
w
1
s
1
+
w
2
s
2
+
w
3
s
3
+
⋯
.
+
w
n
s
n
w
+
w
2
+
w
3
⋯⋯
+
w
n
]
m
1
m
2
(9)
where m1 and 
m
2 
are the coefficients of temperature and obvious 
pollution, respectively. If the temperature is lower than 34 
◦
C then m
1 
=
0.5 is used and when the temperature is greater than 34 
◦
C then m
1 
=
1.0 
is used. The obvious pollution applies to factors that make sight and 
smell offensive. Such conditions include, but are not limited to, the 
creation of sludge deposits, the presence of oil, debris, foam, scum or 
other liquid materials, and waste discharge causing a disturbance of 
colour or odour. When the apparent signs of emissions are present, then 
m
2 
is taken as 0.5 otherwise 1.0. 
In 1970, Brown completed a critical study on the Horton index 
(
Brown et al., 1970
). This study concluded that since the two additional 
parameters temperature and obvious pollution used in the aggregation 
function were not rated, the index only shows gradations in water 
quality. Brown also reviewed the model parameters taking into account 
the expert opinions and their recommended weight values and proposed 
a weighted average index formula for stream water as follows: 
BrownWQI
=
∑
n
i
=
1
w
i
s
i
(10)
where the weight values summed to 1. Brown concluded that this index 
function worked well if all water quality parameters were considered 
independent of each other.
(5) WQI evaluation 
The Horton model recommends the following five water quality 
classes for the value of the final water quality index:
1) Very good (WQI 
=
91
–
100)
2) Good (WQI 
=
71 
– 
90)
3) Poor (WQI 
=
51 
– 
70)
4) Bad (WQI 
=
31 
– 
50)
5) Very bad (WQI 
=
0 
– 
30) 
4.2. National sanitation Foundation WQI (NSF-WQI) 
The NSF WQI was developed by Brown in 1965 (
Abrah
˜
ao et al., 
2007
) as a modified version of the Horton model (
Lumb et al., 2011
). It 
has been used to evaluate surface water quality in various domains (see 
Appendix 1 and 
Fig. 3 
for details). Like the Horton model, it contains the 
four basic WQI components.
(1) Parameter selection