La contaminación difusa de las aguas subterráneas es una creciente preocupación en cualquier parte del mundo, y los nitratos, principalmente originados por el uso intensivo de fertilizantes en la agricultura, son uno de los contaminantes en el agua subterránea problemáticos y extendidos.
       La contaminación de los acuíferos ha provocado el desarrollo de numerosas normativas  y recomendaciones. En Europa, la Directiva de Nitratos fue establecida en 1991, y la Directiva Europea Marco del Agua (DMA) en 2000. La DMA establece que todas las masas de agua deben alcanzar el buen estado en el año 2015. La DMA explícitamente reconoce el rol que la economía puede tener el alcanzar los objetivos ecológicos y ambientales. Uno de los elemento que la DMA menciona es el análisis coste-eficacia (ACE), éste análisis puede ser usado para obtener el programa de medidas más coste-eficaz para alcanzar el buen estado de las masas de agua. 
       En este trabajo se presenta el desarrollo de un modelo hidro-económico para determinar la gestión óptima de la contaminación por nitratos de las agua subterráneas. El modelo holístico de optimización determina la distribución espacio-temporal de la tasa de aplicación de fertilizantes que maximiza los beneficios netos en la agricultura, limitada por los requerimientos de calidad en el agua subterránea en diferentes puntos de control. Dado que las emisiones (cantidad de nitrógeno) son controlables pero los objetivos se refieren a concentraciones, es necesario relacionar ambos aspectos. Mediante modelos de simulación agronómica se  obtienen las funciones de producción y de lixiviado de nitratos en función del uso de agua y fertilizantes, mientas que se emplean modelos numéricos de simulación del flujo y transporte para obtener soluciones unitarias que se integraron en el modelo de optimización por medio de matrices de respuesta. La integración de las matrices de respuesta en el modelo de gestión permite simular la evolución de la concentración de nitratos en el agua subterránea mediante superposición en diferentes puntos de control a largo del tiempo, debido a la emisión de contaminantes en diferentes zonas distribuidas en el espacio y variables en el tiempo. De este modo el modelo relaciona la aplicación de fertilizantes con la concentración de nitratos en el agua subterránea. Los beneficios de la agricultura se determinaron a través de las funciones de producción y el precio de los cultivos. De esta forma, se obtiene una herramienta práctica para analizar el coste de oportunidad de medidas para reducir la carga de nitrógeno y evaluar su eficacia para mantener las concentraciones de nitratos en los acuíferos dentro de los niveles fijados como objetivo.
       El modelo desarrollado se aplicó a un sistema acuífero sintético.  Se obtuvo la aplicación óptima de fertilizantes para problemas con diferentes condiciones iniciales, horizontes de planeación y tiempos de recuperación. Los resultados del caso sintético muestran la importancia de la localización de las fuentes contaminantes en relación con los puntos de control. Los horizontes de planeación y los tiempos de recuperación pueden tener una gran influencia en la aplicación de fertilizantes y en el coste de oportunidad para alcanzar los estándares medioambientales. Hay un claro intercambio entre el horizonte de planeación para alcanzar los estándares de calidad (tiempo de recuperación) y las pérdidas económicas debidas  a la reducción de nitratos en la agricultura.
       En el proceso de toma de decisiones,  la fiabilidad y la aversión al riesgo juegan un papel importante. Se presenta un modelo de optimización estocástico para la analizar los efectos de la incertidumbre en la conductividad hidráulica sobre la solución de menor coste de la distribución de reducciones en la aplicación de nitrógeno entre las diferentes fuentes de contaminación para alcanzar los objetivos de concentración de nitratos en una masa subterránea heterogénea. Se analizaron cuatro métodos diferentes: simulación Monte Carlo con campo de conductividad pre-definido, optimización Monte Carlo, optimización por grupos y un modelo estocástico con optimización entera mixta y nivel de fiabilidad definido a priori. Los modelos se probaron en el caso sintético con 100 realizaciones y dos casos con diferente varianza en el campo de conductividad. 
        Finalmente la metodología se aplicó al acuífero “El Salobral-Los Llanos” (en el dominio de la masa subterránea Mancha Oriental), para el que se obtuvo la aplicación óptima de fertilizantes para una horizonte de planeación de 50 años. La aplicación promedio tiene que ser reducida en 39 kg/ha, lo cual provoca una reducción en la producción con un coste (pérdida de beneficios) de 1.2 M€/año. 
A pesar de las limitaciones necesarias de cualquier modelo, la relevancia y complejidad de los problemas reales de contaminación difusa de aguas subterráneas requiere el desarrollo de modelos integrales hidro-económicos para resolver el problema de múltiples fuentes de contaminación en condición heterogéneas, integrando los principales elementos agronómicos, biofísicos y económicos del proceso (incluyendo la incertidumbre) a escala de masa de agua subterránea. De esta forma, el trabajo desarrollado proporciona una metodología y unas herramientas que pueden ser de utilidad para la toma de decisiones en el proceso de implementación de los requerimientos de la Directiva Marco y la reciente Directiva Hija de protección de Aguas Subterráneas frente a la contaminación. Una línea de trabajo futura sería ampliar la diversidad de decisiones de gestión en parcelas y otras opciones de política de control, aparte de las de limitación en el uso de fertilizantes.