Simulación hidrodinámica y de calidad del agua del lago Yangzonghai, suroeste de China, usando el modelo bidimensional CE-QUAL-W2

Por qué importa la historia de este lago

Muchos de los lagos del mundo se están llenando silenciosamente con nutrientes en exceso procedentes de las granjas, las ciudades y la industria. Este proceso, conocido por convertir aguas claras en verdes y llenas de vegetación, amenaza el suministro de agua potable, las pesquerías y el turismo. En el suroeste de China, el lago Yangzonghai es uno de esos vulnerables “lagos de meseta”, situado a gran altitud y que suministra agua y medios de vida a las comunidades cercanas. Este estudio utiliza un potente modelo informático para comprender cómo se mueve el agua en el lago, cómo se dispersa y acumula la contaminación y cuánto debemos reducir las cargas contaminantes para restaurar el lago a un estado más saludable.

Un lago largo y estrecho bajo presión

El lago Yangzonghai se extiende más de 12 kilómetros pero solo mide unos pocos kilómetros de ancho, lo que hace que se comporte como un sistema largo y estrecho entre río y lago. Está situado en lo alto de la meseta de Yunnan, donde el aire fino, la radiación solar intensa y el agua fresca generan un comportamiento distinto al de los lagos de tierras bajas. El lago recibe escorrentía de tierras agrícolas circundantes, poblaciones y pequeñas industrias, además de varios ríos que aportan nitrógeno, fósforo y materia orgánica. Estas sustancias pueden alimentar el crecimiento de algas, enturbiar el agua y reducir el oxígeno, dañando a los peces y otros seres acuáticos. Las autoridades chinas clasifican la calidad del agua en varias categorías, y Yangzonghai ha tenido dificultades para cumplir el más estricto estándar de Clase II, destinado a proteger el agua potable y la recreación.

Usar un gemelo digital del lago

Para desentrañar este sistema complejo, los investigadores construyeron un “gemelo digital” de Yangzonghai usando una herramienta llamada CE-QUAL-W2, un modelo informático bidimensional diseñado para lagos y embalses largos y estratificados. Dividieron el lago en miles de pequeñas celdas a lo largo de su longitud y profundidad y alimentaron el modelo con registros detallados de caudales de los ríos, precipitación, evaporación, extracciones de agua y el clima local. También introdujeron mediciones de los principales contaminantes de 2016 a 2018. El modelo calculó día a día cómo cambiaban los niveles de agua, cómo se estratificaban las temperaturas desde la superficie cálida hasta las capas profundas frías, y cómo se movían y reaccionaban los nutrientes y las algas dentro del lago.

Qué reveló el modelo sobre el comportamiento del lago

El lago simulado coincidió estrechamente con los niveles de agua observados y reprodujo razonablemente las temperaturas superficiales, incluida la pauta estacional de fuerte estratificación en verano y mezcla completa en invierno. Durante los meses cálidos, se forma un límite térmico pronunciado unos 12–20 metros por debajo de la superficie, que actúa como una tapa que impide que las aguas profundas se mezclen hacia arriba. Bajo estas condiciones estratificadas, el nitrógeno, el fósforo y la materia orgánica se acumulan cerca de la superficie, especialmente en las principales entradas fluviales de las orillas norte y sur. Las algas prosperan, como lo indican los aumentos de clorofila-a, mientras que la claridad del agua disminuye. En contraste, las aguas más profundas se mantienen más frías y estables, con una exposición directa limitada a la nueva contaminación procedente de la cuenca.

Rastreando el origen de la contaminación

Al seguir los caudales de cada río y área de la orilla, el modelo mostró que más del 70 por ciento de la contaminación por nutrientes y materia orgánica que entra en Yangzonghai proviene de fuentes externas, dominadas por dos ríos que drenan tierras intensamente cultivadas y desarrolladas. Durante el período de estudio, los indicadores de nitrógeno total, fósforo total y contaminación orgánica a menudo excedieron los límites permitidos incluso para el menos estricto estándar de Clase III, particularmente durante la fuerte estratificación veraniega. Aunque el modelo no simuló explícitamente la liberación de nutrientes desde los sedimentos del lago, el patrón de altas cargas externas y acumulación en la capa superficial apunta a los ríos entrantes como los principales culpables, con el reciclaje interno desempeñando un papel secundario pero aún importante.

¿Cuánta limpieza es suficiente?

El equipo utilizó entonces el modelo como campo de pruebas para opciones de gestión. Ejecutaron una serie de escenarios “qué pasaría si” que redujeron gradualmente las cargas externas de nitrógeno, fósforo y materia orgánica en pasos del 10 por ciento, preguntándose cómo responderían las concentraciones del lago. Los resultados muestran que, para cumplir con los promedios del estándar de Clase II, Yangzonghai necesita reducciones anuales de aproximadamente un 43 por ciento en nitrógeno total, un 26 por ciento en fósforo total y un 10 por ciento en contaminación orgánica. Para satisfacer objetivos más estrictos basados en percentiles altos, los recortes deben ser aún mayores: hasta la mitad del nitrógeno y alrededor de un tercio del fósforo. La relación no es lineal: después de cierto punto, recortes adicionales producen mejoras visibles más pequeñas porque la contaminación almacenada y el reciclaje interno siguen alimentando el sistema.

Qué significa esto para la gente y la política

Para los responsables de la toma de decisiones, el estudio traduce la compleja física y química del lago en objetivos numéricos claros. Muestra que simplemente reducir el uso de fertilizantes o modernizar algunos vertidos de aguas residuales no será suficiente; se requieren reducciones considerables y sostenidas en toda la cuenca, combinadas con esfuerzos futuros para comprender mejor y frenar la liberación de nutrientes desde los sedimentos del lago. Al mismo tiempo, el trabajo destaca el valor y los límites del modelado: CE-QUAL-W2 puede guiar de manera fiable la política para lagos largos y estrechos de meseta, pero mejores datos sobre el clima, los flujos entrantes y los procesos del lecho lacustre afinarán sus predicciones. Para las comunidades que dependen de Yangzonghai y lagos similares, estas ideas ofrecen una hoja de ruta realista para restaurar aguas más claras, ecosistemas más saludables y suministros más seguros frente a las crecientes presiones.

Cita: Tang, C., Wang, J., Zhao, L. et al. Hydrodynamic and water quality simulation of Yangzonghai Lake, Southwest China, using the two-dimensional CE-QUAL-W2 model. Sci Rep 16, 12521 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-42817-0

Palabras clave: eutrofización de lagos, contaminación por nutrientes, modelado de calidad del agua, lagos de meseta, gestión de cuencas