Hasil analisis data parameter fisik-kimia perairan Kali Surabaya dapat menggambarkan kondisi eksisting kualitas air di sepanjang Kali Surabaya.
Berdasarkan kriteria mutu air (KMA) kelas 1, kualitas air Kali Surabaya dalam kondisi cemar berat dengan nilai indeks STORET berkisar -80 hingga -104. Buruknya status mutu air Kali Surabaya diindikasikan oleh parameter DO, BOD5, COD, N-NO2, Hg, dan TSS yang telah melampaui KMA kelas 1 di sepanjang Kali Surabaya. Nilai parameter DO menunjukkan kecenderungan yang menurun dari zona hulu ke zona tengah dan hilir, sementara nilai parameter BOD5, COD, N-NO2, Hg, dan TSS menunjukkan kecenderungan sebaliknya. Kondisi tersebut mengindikasikan bahwa kemampuan Kali Surabaya dalam menopang kehidupan biota air dan diversitas biota semakin menurun. Penurunan kadar DO ke arah hilir menyebabkan kemampuan badan air Kali Surabaya dalam melakukan purifikasi juga makin menurun karena laju reaksi oksidasi pada badan air berkurang dengan keterbatasan oksigen.
Pencemaran air Kali Surabaya merupakan akibat masuknya bahan pencemar yang bersumber dari limbah domestik, limbah industri, limbah pertanian, dan limbah lainnya yang mengandung bahan organik, anorganik, dan komponen lain yang membutuhkan oksigen dalam proses degradasi maupun konversi. Akibat sumber-sumber pencemar yang masuk ke badan air jumlahnya banyak dan jaraknya relatif berdekatan maka beban pencemar yang masuk ke badan air tidak sebanding dengan daya tampung dan kemampuan air memulihkan diri (self
purification), sehingga defisit oksigen tetap terjadi dan kualitas air makin
menurun. Selain itu, masukan bahan pencemar ke Kali Surabaya dengan konsentrasi dan debit yang bervariasi antar waktu dan titik pengamatan serta proses pengenceran akibat air hujan dan masukan air dari anak sungai menyebabkan terjadinya fluktuasi nilai parameter suhu, DHL, TSS, DO, BOD5, COD, N-NO2, N-NH3, N-NO3
Pencamaran air Kali Surabaya telah mengakibatkan kematian secara masal ikan, kepiting, dan udang air tawar, penurunan rantai makanan, perubahan indeks keragaman dan dominasi organisme dalam ekosistem serta perubahan struktur dan fungsi komunitas sehingga keseimbangan ekosistem terganggu. Kematian ikan secara masal merupakan indikasi buruknya kualitas air Kali Surabaya. Kematian ikan masal juga menyebabkan instalasi pengolah air Karang Pilang berhenti beroperasi dan menyebabkan terganggunya distribusi air PDAM Kota Surabaya serta peningkatan biaya pengolahan air PDAM mencapai Rp 473 juta/bulan. Selain itu, akibat kondisi lingkungan perairan Kali Surabaya menurun, maka
organisme yang terdapat di Kali Surabaya didominasi oleh jenis-jenis organisme yang mempunyai toleransi tinggi terhadap kondisi tersebut, misalnya cacing merah (Tubifex tubifex).
Keberadaan merkuri (Hg) dalam air dan sedimen Kali Surabaya yang mencapai 9.2 dan 190 kali KMA kelas 1 sangat berisiko bagi individu dengan berat badan 70 kg (dewasa) dan 15 kg (anak) jika melakukan aktivitas berkontak dengan air dan dasar sungai dengan frekuensi 30 hari/tahun selama 1 -2 jam/hari. Jika berat badan individu < 70 kg, maka risiko kesehatannya menurun karena luas permukaan kulit lebih kecil sehingga masukan kontaminan lewat kontak dermal menjadi lebih kecil, hal sebaliknya terjadi jika berat badan individu > 70 kg. Bagi pengambil kebijakan, pilihan manajemen risiko yang perlu dirumuskan adalah menurunkan kadar Hg pada badan air dan sedimen Kali Surabaya atau mengurangi frekuensi dan waktu kontak dengan air dan sedimen Kali Surabaya.
Penurunan kualitas air Kali Surabaya terkait dengan persepsi dan partisipasi masyarakat. Persepsi yang salah terhadap air sungai dapat menyebabkan seseorang menjadi pencemar sungai, sebaliknya persepsi yang benar dapat mendorong seseorang untuk menjadi pengelola air sungai. Persepsi masyarakat yang benar terhadap kualitas, pemanfaatan dan kelayakan Kali Surabaya untuk peruntukan dapat mempengaruhi sikap dan perilaku positifnya serta menumbuhkan kesadaran terhadap upaya pengendalian pencemaran air Kali Surabaya. Secara umum, masyarakat di sekitar bantaran Kali Surabaya memiliki persepsi yang tinggi terhadap pemanfaatan, kelayakan dan pengendalian pencemaran air, namun hal tersebut belum diwujudkan dalam bentuk tindakan nyata dalam pengendalian. Kondisi sosial dan budaya masyarakat sangat mempengaruhi masyarakat untuk berpartisipasi dalam pengendalian pencemaran. Berdasarkan hasil kuesioner menunjukkan bahwa jumlah penduduk di bantaran Kali Surabaya yang membuang limbah domestiknya ke Kali Surabaya relatif tinggi, yaitu mencapai 32.5%. Kondisi tersebut dapat terjadi karena terpaksa, ketidaksesuaian antara sikap individu dengan informasi mengenai kenyataan sesungguhnya atau ketidaksesuaian antara sikap individu dengan sikap panutannya serta kurangnya sarana dan prasarana sanitasi.
Kondisi sanitasi lingkungan pada daerah padat pemukiman di sepanjang Kali Surabaya masih belum memenuhi syarat bagi kesehatan. Minimnya sarana pembuangan sampah padat dan kurang tersedianya fasilitas pembuangan air
limbah menyebabkan penduduk bantaran sungai masih membuang limbah di sungai dan menjadikan sungai sebagai tempat MCK. Keberadaan 205 WC terapung yang merupakan sumber pencemar organik berupa tinja (feces) dan 218 tempat sampah sementara yang ada di sisi kanan-kiri Kali Surabaya akan menghasilkan lindi yang dapat terbawa dalam aliran sungai menjadi salah satu penyebab menurunnya kualitas Kali Surabaya. Oleh karena itu, upaya yang harus dilakukan untuk mengurangi beban pencemaran di Kali Surabaya selain meningkatkan kesadaran dan partisipasi masyarakat melalui pola hidup bersih dengan menerapkan konsep 4R (reduce, reuse, recycle dan replant) juga diperlukan peningkatan sarana dan prasarana berupa MCK umum, tempat pembuangan sampah sementara, dan pembangunan IPAL komunal.
Upaya lain yang harus dilakukan untuk menanggulangi pencemaran air Kali Surabaya adalah mereduksi beban pencemar dari berbagai sumber pencemar dan menekan resiko terjadinya kecelakaan dan kebocoran serta luapan limbah ke Kali Surabaya. Berdasarkan hasil analisis dengan teknik AHP menunjukkan bahwa penetapan kelas air, penyuluhan, dan penetapan daya tampung beban pencemaran menjadi prioritas kegiatan reduksi beban pencemaran. Penetapan kelas air Kali Surabaya mendesak dilakukan agar penegakan hukum lingkungan dapat dilaksanakan. Upaya pengendalian pencemaran air Kali Surabaya melalui pendekatan teknologi dapat diterapkan teknologi wastewater garden. Teknologi ini selain biayanya murah dan mudah dioperasikan juga dapat diterapkan pada skala rumah tangga. Peran pemerintah adalah melakukan inisiasi, pendampingan dan pemberdayaan masyarakat untuk mengadopsi teknologi tersebut.
Skenario yang mungkin terjadi di masa depan pada perairan Kali Surabaya adalah skenario pesimis, moderat dan optimis. Hasil identifikasi dan penggolongan faktor oleh pakar berdasarkan kondisi dan keadaan faktor yang berpengaruh serta sumberdaya yang ada maka sistem pengelolaan Kali Surabaya dapat seimbang antara aspek lingkungan, sosial, dan ekonomi dengan menerapkan skenario moderat dan optimis. Skenario moderat dan optimis masing-masing mampu menurunkan persentase total beban pencemaran sebesar 25.23 dan 36.21% di bawah kondisi eksisting. Oleh karena itu, diperlukan strategi yang tepat melalui intervensi faktor-faktor yang memiliki pengaruh kuat dan ketergantungan antar faktor yang rendah sehingga pengendalian yang dilakukan memiliki prospek jauh ke depan, berkelanjutan, dan mampu mengubah kondisi
pesimis menjadi kondisi optimis. Strategi pengendalian pencemaran air Kali Surabaya berdasarkan prioritas adalah (1) menekan laju pertumbuhan penduduk dan meningkatkan kesadaran masyarakat, (2) meningkatkan persepsi masyarakat, (3) implementasi peraturan pengendalian pencemaran air secara adil dan konsisten, (4) meningkatkan komitmen dan dukungan Pemerintah Daerah dalam upaya pengendalian, dan (5) meningkatkan sistem dan kapasitas kelembagaan.