Modeling groundwater redox conditions at national scale through integration of sediment color and water chemistry in a machine learning framework

氧化还原 地下水 接口(物质) 地下水位 土壤科学 水文学(农业) 化学 环境科学 地质学 无机化学 岩土工程 吸附 吉布斯等温线 有机化学
作者
Julian Koch,Hyojin Kim,Joel Tirado-Conde,Birgitte Hansen,Ingelise Møller,Lærke Thorling,Lars Troldborg,Denitza D. Voutchkova,Anker Lajer Højberg
出处
期刊:Science of The Total Environment [Elsevier BV]
卷期号:947: 174533-174533 被引量:2
标识
DOI:10.1016/j.scitotenv.2024.174533
摘要

Redox conditions play a crucial role in determining the fate of many contaminants in groundwater, impacting ecosystem services vital for both the aquatic environment and human water supply. Geospatial machine learning has previously successfully modelled large-scale redox conditions. This study is the first to consolidate the complementary information provided by sediment color and water chemistry to enhance our understanding of redox conditions in Denmark. In the first step, the depth to the first redox interface is modelled using sediment color from 27,042 boreholes. In the second step, the depth of the first redox interface is compared against water chemistry data at 22,198 wells to classify redox complexity. The absence of nitrate containing water below the first redox interface is referred to as continuous redox conditions. In contrast, discontinuous redox conditions are identified by the presence of nitrate below the first redox interface. Both models are built using 20 covariate maps, encompassing diverse hydrologically relevant information. The first redox interface is modelled with a mean error of 0.0 m and a root-mean-squared error of 8.0 m. The redox complexity model attains an accuracy of 69.8 %. Results indicate a mean depth to the first redox interface of 8.6 m and a standard deviation of 6.5 m. 60 % of Denmark is classified as discontinuous, indicating complex redox conditions, predominantly collocated in clay rich glacial landscapes. Both maps, i.e., first redox interface and redox complexity are largely driven by the water table and hydrogeology. The developed maps contribute to our understanding of subsurface redox processes, supporting national-scale land-use and water management.

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