Simulazione idrodinamica e della qualità dell’acqua del lago Yangzonghai, Sudovest della Cina, utilizzando il modello bidimensionale CE-QUAL-W2

Perché questa storia del lago è importante

Molti laghi del mondo si stanno silenziosamente riempiendo di nutrienti in eccesso provenienti da coltivazioni, centri abitati e attività industriali. Questo processo, noto per rendere l’acqua torbida, verde e ricca di vegetazione, minaccia le forniture idriche, la pesca e il turismo. Nel sudovest della Cina, il lago Yangzonghai è uno di questi vulnerabili “laghi d’altopiano”, situato ad alta quota e fonte d’acqua e mezzi di sussistenza per le comunità vicine. Questo studio utilizza un potente modello informatico per comprendere come l’acqua si muove nel lago, come si diffonde e accumula l’inquinamento e quanto è necessario ridurre l’inquinamento per riportare il lago a uno stato più sano.

Un lago lungo e stretto sotto pressione

Il lago Yangzonghai si estende per più di 12 chilometri ma è largo solo pochi chilometri, comportandosi dunque come un sistema fiume-lago lungo e stretto. Si trova sull’altopiano dello Yunnan, dove l’aria rarefatta, l’irraggiamento solare intenso e l’acqua fredda determinano comportamenti differenti rispetto ai laghi di pianura. Il lago riceve deflussi dalle terre agricole circostanti, dai paesi e da piccole industrie, oltre a diversi fiumi che apportano azoto, fosforo e materia organica. Queste sostanze possono favorire la crescita delle alghe, intorbidire l’acqua e ridurre l’ossigeno, danneggiando i pesci e gli altri organismi acquatici. Le autorità cinesi classificano la qualità dell’acqua in diverse classi e Yangzonghai ha faticato a rispettare il più rigoroso standard di Classe II volto a proteggere l’acqua potabile e le attività ricreative.

Usare un gemello digitale del lago

Per districare questo sistema complesso, i ricercatori hanno costruito un “gemello digitale” del lago Yangzonghai usando uno strumento chiamato CE-QUAL-W2, un modello informatico bidimensionale progettato per laghi e bacini stratificati e allungati. Hanno suddiviso il lago in migliaia di piccole celle lungo la sua lunghezza e profondità e hanno alimentato il modello con registrazioni dettagliate delle portate dei fiumi, delle precipitazioni, dell’evaporazione, dei prelievi d’acqua e delle condizioni meteorologiche locali. Hanno inoltre inserito misure dei principali inquinanti per il periodo 2016–2018. Il modello ha quindi calcolato giorno per giorno come variavano i livelli dell’acqua, come si stratificavano le temperature dalla superficie più calda agli strati profondi più freddi e come nutrienti e alghe si muovevano e reagivano all’interno del lago.

Cosa ha rivelato il modello sul comportamento del lago

Il lago simulato ha riprodotto fedelmente i livelli d’acqua osservati e ha catturato in modo ragionevole le temperature superficiali, includendo il pattern stagionale di forte stratificazione in estate e di mescolamento completo in inverno. Nei mesi caldi si forma un netto gradiente termico a circa 12–20 metri sotto la superficie, che agisce come un coperchio impedendo al’acqua profonda di mescolarsi verso l’alto. In queste condizioni stratificate, azoto, fosforo e materia organica si accumulano vicino alla superficie, in particolare vicino agli sbocchi principali dei fiumi sulle rive nord e sud. Le alghe proliferano, evidenziato dall’aumento dei livelli di clorofilla-a, mentre la trasparenza dell’acqua diminuisce. Al contrario, l’acqua profonda resta più fredda e stabile, con limitata esposizione diretta all’inquinamento nuovo proveniente dal bacino idrografico.

Tracciare da dove proviene l’inquinamento

Tracciando i flussi di ogni fiume e delle aree costiere, il modello ha mostrato che oltre il 70 percento dell’inquinamento da nutrienti e organico che entra in Yangzonghai proviene da sorgenti esterne, dominate da due fiumi che drenano terreni intensamente coltivati e aree sviluppate. Nel periodo di studio, indicatori come azoto totale, fosforo totale e inquinamento organico spesso superavano i limiti consentiti anche per lo standard più permissivo di Classe III, specialmente durante la forte stratificazione estiva. Sebbene il modello non abbia simulato esplicitamente il rilascio di nutrienti dai sedimenti lacustri, il quadro di elevati carichi esterni e di accumulo nello strato superficiale indica i fiumi in ingresso come principali responsabili, con il ricircolo interno che gioca un ruolo secondario ma comunque importante.

Quanto è sufficiente pulire?

Il team ha poi usato il modello come banco di prova per opzioni di gestione. Ha condotto una serie di scenari “what if” che riducono gradualmente i carichi esterni di azoto, fosforo e materia organica a passi del 10 percento, verificando come rispondessero le concentrazioni nel lago. I risultati mostrano che per raggiungere i valori medi della Classe II, Yangzonghai necessita di riduzioni annue di circa il 43 percento dell’azoto totale, del 26 percento del fosforo totale e del 10 percento dell’inquinamento organico. Per soddisfare obiettivi più stringenti basati su percentili elevati, i tagli devono essere ancora più profondi—fino a metà dell’azoto e circa un terzo del fosforo. La relazione non è lineare: oltre un certo punto, ulteriori riduzioni producono miglioramenti visibili più piccoli perché l’inquinamento immagazzinato e il ciclo interno continuano ad alimentare il sistema.

Cosa significa per le persone e le politiche

Per i decisori, lo studio traduce la complessa fisica e chimica lacustre in obiettivi numerici chiari. Mostra che limitarsi a ridurre l’uso di fertilizzanti o a migliorare alcuni scarichi non sarà sufficiente; sono necessarie riduzioni sostanziali e durature su tutto il bacino, abbinate a sforzi futuri per comprendere meglio e diminuire il rilascio di nutrienti dai sedimenti. Allo stesso tempo, il lavoro evidenzia il valore e i limiti della modellizzazione: CE-QUAL-W2 può guidare in modo affidabile le politiche per laghi d’altopiano lunghi e stretti, ma dati migliori su meteo, afflussi e processi del fondale lacustre ne affineranno le previsioni. Per le comunità che dipendono da Yangzonghai e da laghi simili, queste conoscenze offrono una roadmap realistica per ripristinare acque più limpide, ecosistemi più sani e approvvigionamenti più sicuri di fronte a pressioni crescenti.

Citazione: 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

Parole chiave: eutrofizzazione dei laghi, inquinamento da nutrienti, modellizzazione della qualità dell’acqua, laghi d’altopiano, gestione del bacino idrografico