Simulação hidrodinâmica e da qualidade da água do Lago Yangzonghai, Sudoeste da China, usando o modelo bidimensional CE-QUAL-W2

Por que a história deste lago importa

Muitos lagos do mundo estão silenciosamente se enchendo de nutrientes em excesso oriundos de fazendas, cidades e indústrias. Esse processo, conhecido por transformar água clara em verde e cheia de plantas, ameaça abastecimentos de água potável, pescarias e turismo. No sudoeste da China, o Lago Yangzonghai é um desses vulneráveis “lagos de planalto”, situado em alta altitude e fornecendo água e meios de subsistência às comunidades vizinhas. Este estudo usa um potente modelo computacional para entender como a água se movimenta no lago, como a poluição se espalha e se acumula, e quanto precisamos reduzir as cargas poluentes para restaurar o lago a um estado mais saudável.

Um lago longo e estreito sob pressão

O Lago Yangzonghai estende-se por mais de 12 quilômetros, mas tem apenas alguns quilômetros de largura, fazendo-o comportar-se como um sistema alongado entre rio e lago. Está situado no Planalto de Yunnan, onde ar rarefeito, forte radiação solar e águas frias criam um comportamento diferente dos lagos de baixada. O lago recebe escoamento de terras agrícolas vizinhas, cidades e pequenas indústrias, além de vários rios que transportam nitrogênio, fósforo e matéria orgânica. Essas substâncias podem estimular o crescimento de algas, turvar a água e reduzir o oxigênio, prejudicando peixes e outros organismos aquáticos. As autoridades chinesas classificam a qualidade da água em várias classes, e o Yangzonghai tem tido dificuldade em atender ao padrão mais rígido Classe II, destinado a proteger água potável e atividades recreativas.

Usando um gêmeo digital do lago

Para desvendar esse sistema complexo, os pesquisadores construíram um “gêmeo digital” do Yangzonghai usando uma ferramenta chamada CE-QUAL-W2, um modelo computacional bidimensional projetado para lagos e reservatórios longos e estratificados. Eles dividiram o lago em milhares de pequenas células ao longo do comprimento e da profundidade e alimentaram o modelo com registros detalhados de vazões dos rios, precipitação, evaporação, captações de água e condições meteorológicas locais. Também inseriram medições de poluentes-chave de 2016 a 2018. O modelo então calculou dia a dia como os níveis d’água variaram, como as temperaturas se estratificaram da superfície mais quente às camadas profundas mais frias, e como nutrientes e algas se moveram e reagiram dentro do lago.

O que o modelo revelou sobre o comportamento do lago

O lago simulado coincidiu de perto com os níveis d’água observados e capturou de maneira razoável as temperaturas de superfície, incluindo o padrão sazonal de forte estratificação no verão e mistura completa no inverno. Durante os meses quentes, forma-se uma fronteira térmica acentuada cerca de 12–20 metros abaixo da superfície, atuando como uma tampa que impede a mistura das águas mais profundas. Nessas condições estratificadas, nitrogênio, fósforo e matéria orgânica se acumulam perto da superfície, especialmente nas proximidades das principais entradas fluviais nas margens norte e sul. As algas prosperam, refletido pelo aumento dos níveis de clorofila-a, enquanto a transparência da água diminui. Em contraste, as camadas mais profundas permanecem mais frias e estáveis, com exposição direta limitada à nova poluição proveniente da bacia.

Rastreando de onde vem a poluição

Ao rastrear os fluxos de cada rio e área de margem, o modelo mostrou que mais de 70% da poluição por nutrientes e matéria orgânica que entra no Yangzonghai provém de fontes externas, dominadas por dois rios que drenam áreas fortemente agrícolas e urbanizadas. Ao longo do período de estudo, indicadores de nitrogênio total, fósforo total e poluição orgânica frequentemente excederam os limites permitidos mesmo para o padrão mais flexível Classe III, particularmente durante forte estratificação no verão. Embora o modelo não tenha simulado explicitamente a liberação de nutrientes dos sedimentos do lago, o padrão de altas cargas externas e acúmulo na camada de superfície aponta para os rios tributários como os principais culpados, com reciclagem interna desempenhando um papel secundário, mas ainda importante.

Quanto de limpeza é suficiente?

A equipe então usou o modelo como campo de prova para opções de gestão. Eles executaram uma série de cenários “e se” que reduziram gradualmente as cargas externas de nitrogênio, fósforo e matéria orgânica em passos de 10%, avaliando como as concentrações no lago responderiam. Os resultados mostram que, para atender às médias do padrão Classe II, o Yangzonghai precisa de reduções anuais de cerca de 43% no nitrogênio total, 26% no fósforo total e 10% na poluição orgânica. Para satisfazer metas mais rigorosas baseadas em percentis altos, os cortes devem ser ainda mais profundos — até metade do nitrogênio e cerca de um terço do fósforo. A relação não é linear: após certo ponto, cortes adicionais produzem melhorias visíveis menores porque a poluição armazenada e o ciclo interno continuam alimentando o sistema.

O que isso significa para as pessoas e para as políticas

Para os tomadores de decisão, o estudo traduz física e química lacustres complexas em metas numéricas claras. Mostra que simplesmente reduzir o uso de fertilizantes ou atualizar alguns pontos de esgoto não será suficiente; são necessárias reduções substanciais e sustentadas em toda a bacia hidrográfica, combinadas com esforços futuros para entender melhor e conter a liberação de nutrientes dos sedimentos lacustres. Ao mesmo tempo, o trabalho ressalta o valor e os limites da modelagem: o CE-QUAL-W2 pode orientar de forma confiável políticas para lagos longos, estreitos e de planalto, mas melhores dados sobre clima, afluências e processos no leito do lago irão aprimorar suas previsões. Para as comunidades que dependem do Yangzonghai e de lagos semelhantes, esses insights oferecem um roteiro realista para restaurar águas mais claras, ecossistemas mais saudáveis e abastecimentos mais seguros diante de pressões crescentes.

Citação: 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

Palavras-chave: eutrofização de lagos, poluição por nutrientes, modelagem da qualidade da água, lagos de planalto, gestão da bacia hidrográfica