River water quality is particularly of concern in semi-arid countries with limited water resources. Increasing anthropogenic activities can lead to the accumulation of trace metals (TM) in bottom sediments, which is a specific storage compartment. The present study aimed to investigate the geochemistry of trace metals (As, Cd, Co, Cr, Cu, Ni, Pb, Zn) and of some physico-chemical parameters in bottom sediments from the Sebou basin, which represents 1/3 of the surface water resources of Morocco. The order of abundance of the metals was Zn > Cr > Cu > Ni > Pb > Co > As > Cd. A major fingerprint of weathering on metal concentration, and point and non-point anthropogenic sources were highlighted. The origin and intensity of the contamination were determined using a combination of geochemical indicators. The contamination was on the whole moderate, with Cr, Zn, Cu, and Pb as the most enriched metals, especially at the A1, S3, and S4 stations located downstream of Fez city, well known for its intensive industrial and tannery activities. A multi-variate analysis evidenced the strong link between natural elements such as Co with clays and Fe oxides, and As with Ca, whereas Cd, Cu, Cr, Ni, Pb, Zn, partly originating from anthropogenic activities (industrial and domestic waste, agricultural inputs), were linked to phosphorus, oxides, carbonates, and/or POC, indicating their anthropic source and/or control by sediment compounds. Cadmium, Pb, and Cu were the most available metals. Finally, in addition to Cd, Pb and Zn were identified as hazardous metals in sediments as evidenced by the positive relationship between the proportion of the labile fraction and the enrichment factor revealing anthropogenic inputs.

Flooding poses significant challenges in semi-arid regions, where irregular rainfall patterns increase environmental vulnerability. This study explicitly aims to improve flood susceptibility mapping by integrating advanced machine learning (ML) algorithms with geographic information systems (GIS) and remote-sensing data. Using data from the Upper Drâa Basin in southern Morocco, we applied boosting algorithms, including XGBoost, CatBoost, LightGBM, and Hist Gradient Boosting, to enhance the accuracy of flood risk assessment. Quantitative model evaluation shows that Hist Gradient Boosting achieved the best performance, with the lowest mean squared error (MSE = 0.06897) and root mean squared error (RMSE = 0.2626). It also attained the highest F1 score (0.8), overall accuracy (93.1%), and area under the curve (AUC = 0.833), indicating its superior predictive capability. These findings highlight the strong potential of novel boosting ensemble learning methods in flood susceptibility prediction and contribute valuable, data-driven insights for policymakers and urban planners to support effective flood mitigation strategies in southern Morocco.

Due to increasing anthropogenic activities, trace metals (TM) remain a major concern particularly in semi-arid countries with limited water resources. In this context, the present study aims to understand the geochemistry of trace metals in bottom sediments from the Sebou basin, representing 1/3 of the surface water resources of Morocco. Total concentrations of trace metals (As, Cd, Co, Cr, Cu, Ni, Pb, Zn) and some physicochemical parameters were measured in the fraction < 63 µm. The order of abundance of the elements was Zn > Cr > Cu > Ni > Pb > Co > As > Cd. The enrichment factor calculation showed that 70% of the samples were naturally concentrated in trace metals, especially As and Ni, as well as Cd and Pb, except at some stations. On the contrary, the most enriched elements were Cr, Zn, and Cu. Chromium presented an enrichment higher than 5 and toxicity risks at some stations, such as the downstream Fez city known for its important tannery activities. A multivariate analysis of the data evidenced the strong link between the identified natural elements (As, Co, Ni) with clays and Fe and Al oxides, whereas elements (Cd, Cu, Cr, Pb, Zn) mainly derived from anthropogenic activities (industrial and domestic waste, agricultural inputs) were linked to phosphorus and, to a lesser extent, particulate organic carbon.

Les ressources hydriques du bassin versant carbonaté du Sebou, situé en zone semi-aride (Nord-Ouest du Maroc) et représentant 1/3 des ressources en eaux de surface du Maroc, sont de plus en plus menacées par la dégradation de leur qualité en rapport avec la forte pression anthropique, les changements climatiques et les aménagements hydrauliques. Nos recherches menées sur ce bassin ont consisté à déterminer l’origine, le comportement et le devenir des éléments traces métallique (ETM) dans les eaux et les sédiments du Sebou, et à quantifier les flux dissous et solides exportés à l’aval du système fluvial. Un suivi spatial des eaux et des sédiments au niveau de 10 stations a été réalisé, sous différentes conditions hydrologiques, ainsi qu’un suivi hebdomadaire à la station exutoire durant une année hydrologique. Le pH, CE et T ont été mesurés in situ, et les échantillons d’eaux et de sédiments ont été analysés pour déterminer la composition chimique des éléments majeurs et ETM (As, Cd, Co, Cr, Cu, Ni, Pb, Zn, terres rares (REE)), ainsi que la granulométrique et la teneur en carbone organique particulaire des sédiments. Des extractions à l’EDTA et l’HCl ont été réalisées sur les sédiments en vue de déterminer la fraction labile des ETM. Les eaux de surface du bassin sont caractérisées par un fort pouvoir tampon et un pH alcalin et une CE élevée mais variable selon l’influence de l’altération des carbonates. La composition chimique des eaux est généralement dominée par Cl et Na, avec un faciès géochimique qui varie d’une station à l’autre en fonction de la nature lithologique dominante. La contamination anthropique en ETM du compartiment sédimentaire, leurs disponibilités et leurs facteurs de contrôle, ont été évalués à l’aide d’une combinaison d’indices géochimiques et d’analyses statistiques multifactorielles. Dans l’ensemble des stations considérées, la contamination est relativement modérée pour l’ensemble des ETM, excepté pour certains métaux (Cr, Zn, Cu, Pb) qui sont plus enrichis au niveau de la zone de Fès. Les ETM d’origine naturelle comme As sont liés aux carbonates, ou comme Co et Ni, aux argiles, aux oxydes de Fe et aux apports évaporitiques. Les éléments partiellement d’origine anthropique (Cd, Cu, Cr, Pb, Zn) sont liés au P, aux oxydes, et/ou au COP, révélant leur source anthropique et/ou leur contrôle par les composantes des sédiments. Les concentrations totales en REE des sédiments les plus élevées sont observées à l’aval des barrages, ainsi que dans les régions très influencées par les apports évaporitiques. Le profil de distribution des REE normalisé par rapport aux roches du Sebou indique un léger enrichissement en LREE par rapport aux HREE, et présente un profil de distribution des REE non uniforme selon les stations, et plus ou moins aplatie, avec une anomalie positive en Ce. Les REE sont principalement d’origine naturelle et leur fractionnement est contrôlé par la taille et la nature des minéraux des particules. Les LREE ont une affinité pour la fraction très fine et sont contrôlées par les oxydes de Fe et d’Al, alors que les HREE sont préférentiellement liées à la silice et aux limons grossiers. Le cadmium, Cu et Pb sont les métaux des sédiments les plus extractibles à l’EDTA. Pour les REE, ce sont les MREE qui sont les plus extractibles et les proportions en REE labiles varient d’une station à l’autre en fonction de la teneur en COP des sédiments. Le suivi temporel des eaux à la station exutoire a montré une contribution plus importante en période de basses eaux des eaux drainant les formations évaporitiques et des eaux de nappe (notamment en l’absence des lâchers de barrages), alors qu’en hautes eaux, ce sont plutôt les minéraux carbonatés qui influencent le plus la composition des eaux en éléments dissous. Pour la période 2018-2019 les flux de matières solides à l’exutoire du Sebou ont été divisés par 3 et les exportations d’éléments majeurs ont diminué de 72% par rapport au cycle hydrologique 1997-1998.