Article (Périodiques scientifiques)
Tracking the sources and fate of nitrate pollution by combining hydrochemical and isotopic data with a statistical approach
Christiaens, Louis; Orban, Philippe; Brouyère, Serge et al.
2023In Hydrogeology Journal, 31, p. 1271-1289
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Mots-clés :
groundwater sampling and monitoring; nitrate; isotopes; denitrification; t-sne
Résumé :
[en] This study contributes to identifying and spatializing the different types of nitrate sources by combining hydrogeochemical and isotopic data with principal component analysis (PCA) and t-distributed stochastic neighbor embedding (t-SNE) multicriteria statistical methods. The methodology is applied to the strategic Mons Basin chalk aquifer (Belgium). The results are based on a whole dataset containing 72 water samples with analyses of the hydrogeochemical parameters (temperature, pH, electrical conductivity (EC), redox potential, dissolved O2), alkalinity, total organic carbon (TOC), silica (SiO2), major and minor ions (NO3-, NH4+, Ca2+, dissolved Fe and Mn, K+, Mg2+, Na+, Sr2+, Cl-, F-, SO4-, B) and multiple stable isotope ratios (δ11B, δ15N–NO3-, δ18O–NO3-). Compared to classical PCA, the recently developed t-SNE method, which considers non-linear relationships between variables and preserves local-scale similarities in a low-dimensional space, showed much better performance in discriminating different groups of samples and related zones in the aquifer. t-SNE results combined with isotope ratios highlighted four zones in the aquifer (grouped as A to D) and the presence of denitrification fronts. Group A presents a manure signature (δ15N-NO3- – mean (µ) +12.78‰, standard deviation (σ) 6.48‰; δ11B – µ 29.96‰, σ 6.91‰). Group B exhibits both manure and inorganic fertilizer signatures (δ15N-NO3- – µ 6.27‰, σ 2.55‰; δ11B – µ 15.86‰, σ 9.69‰). Group C shows a contamination by sewage (δ15N-NO3- – µ 12.67‰, σ 5.60‰; δ11B – µ 9.97‰, σ 7.08‰). Group D presents a mixed signature (δ15N-NO3- – µ 9.25‰, σ 2.94‰; δ11B – µ 20.00‰, σ 6.70‰).
Disciplines :
Sciences de l’environnement & écologie
Géologie, ingénierie du pétrole & des mines
Auteur, co-auteur :
Christiaens, Louis  ;  Université de Mons - UMONS > Faculté Polytechnique > Service de Géologie fondamentale et appliquée
Orban, Philippe;  ULiège - University of Liège [BE] > Urban and Environmental Engineering
Brouyère, Serge;  ULiège - University of Liège [BE] > Urban and Environmental Engineering
Goderniaux, Pascal  ;  Université de Mons - UMONS > Faculté Polytechnique > Service de Géologie fondamentale et appliquée
Langue du document :
Anglais
Titre :
Tracking the sources and fate of nitrate pollution by combining hydrochemical and isotopic data with a statistical approach
Date de publication/diffusion :
12 juillet 2023
Titre du périodique :
Hydrogeology Journal
ISSN :
1431-2174
eISSN :
1435-0157
Maison d'édition :
Springer, Allemagne
Volume/Tome :
31
Pagination :
1271-1289
Peer reviewed :
Peer reviewed vérifié par ORBi
Objectif de développement durable (ODD) :
6. Eau propre et assainissement
Unité de recherche :
F401 - Géologie fondamentale et appliquée
Institut de recherche :
R500 - Institut des Sciences et du Management des Risques
Disponible sur ORBi UMONS :
depuis le 06 juin 2023

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