Analysis of Trends in Water Quality of Buffalo Pound Lake

Abstract

In this study various methods were used to understand the temporal behaviour of specific water quality variables of Buffalo Pound Lake in Saskatchewan. Various techniques were employed in trend determination and exponential smoothing techniques were employed in the modelling of fourteen water quality variables. Most of the variables were serially correlated, making the determination of the magnitude of trends unattainable at the 10% level of significance. The only variables with a statistically significant magnitude of trend were available nitrogen (−0.0066 mg/l.yr) and pH (−0.0072/yr). Upward trends in available phosphorus and silica, downward trends in chlorophyll α and sulfate were significant (p < 0.10), according to the Spearman Rank test. Temperature, dissolved oxygen, total dissolved solids, total suspended solids (upward) and colour were not significant (p > 0.10) using the Spearman Rank correlation coefficient. The Spearman Rank correlation coefficient for total phosphorus, and total suspended solids and colour (p < 0.18), suggest that these variables may be reporting the correct direction of the trend at least 82% of the time. Determination of time series models for each variable using exponential smoothing techniques yielded a variety of responses. Adequate models were obtained for temperature, dissolved oxygen, available nitrogen and total suspended solids based on the evaluation of forecast residuals. Models for total dissolved solids, pH and sulfate appeared on the borderline in their ability to predict effectively. No exponential smoothing models could be developed for available phosphorus and fecal coliforms.

Pour cette étude, diverses méthodes ont été utilisées pour comprendre le comportement dans le temps de variables précises de la qualité de l’eau du lac de Buffalo Pound en Saskatchewan. Diverses méthodes ont été employées dans la détermination des tendances et des méthodes de lissage exponentiel ont été employées dans la modélisation de quatorze variables de la qualité de l’eau. La plupart des variables ont été déphasées, rendant ainsi la détermination de l’ampleur des tendances irréalisable au seuil de signification de 10%. Les seules variables comportant une ampleur de tendances statistiquement significative étaient l’azote assimilable (0,0066 mg/l an) et le pH (0,0072/an). Les tendances à la hausse pour ce qui est du phosphore et du silice assimilables, les tendances à la baisse pour ce qui est du chlorophylle a et du sulfate étaient considérables (p < 0,10), selon le test de rang de Spearman. La température, l’oxygène dissous, les matières dissoutes totales, le total des solides en suspension (à la hausse) et la couleur n’étaient pas significatifs (p > 0,10) à l’aide du coefficient de corrélation du rang de Spearman. Le coefficient de corrélation du rang de Spearman pour le phosphore total et le total des solides en suspension et la couleur (p < 0,18) suggèrent que ces variables pourraient signaler la direction exacte de la tendance au moins 82% du temps. La détermination des modèles en série chronologique pour chaque variable faisant appel aux méthodes de lissage exponentiel a donné lieu à diverses réponses. Des modèles satisfaisants ont été obtenus pour la température, l’oxygène dissous, l’azote assimilable et le total des solides en suspension d’après l’évaluation des résidus prévus. Les modèles pour les matières dissoutes totales, le pH et le sulfate sont apparus en tant que cas limite dans leur capacité de prédiction efficace. Aucun modèle de lissage exponentiel ne pouvait être mis au point pour le phosphore assimilable et les coliformes fécaux.