El coneixement dels processos hidrològics és essencial per a la gestió dels recursos hídrics, tant des del punt de vista quantitatiu (crescudes o sequeres) com des del punt de vista qualitatiu (contaminació). 
El funcionament hidrològic de les conques mediterrànies és encara prou desconegut a pesar dels diversos estudis realitzats des de fa una vintena d’anys. Els progressos realitzats en la identificació i la modelització dels processos hidrològics corresponen quasi en la totalitat a investigacions realitzades en clima temperat-humit (Bonell i Balek, 1993; Buttle, 1994). Aquesta falta d’informació, segons Bonell (1993) força a la “transferència de resultats”, a pesar de la necessitat evident de desenvolupar aproximacions diferents, principalment en l’àmbit de la modelització (Pilgrim et al., 1988).
Pel que fa a la modelització hidrològica, els estudis disponibles (Durand et al., 1992; Parkin et al., 1996; Piñol et al., 1997, entre d’altres) mostren dificultats serioses per a reproduir les primeres crescudes de la tardor, després del període estival sec. Per a aquestes conques pareix difícil modelitzar correctament un o més anys hidrològics complets amb un sol joc de paràmetres (Piñol et al., 1997, Bernal et al., 2004). 
El clima mediterrani està caracteritzat per una dinàmica estacional molt marcada del règim de precipitacions i de l’evapotranspiració, que afavoreix l’alternança durant l’any de períodes secs i humits. Això modifica fortament l’estat hidrològic de la conca, de la qual cosa deriva un comportament hidrològic complex i no lineal (Piñol et al., 1999). 
La necessitat de comprendre el funcionament hidrològic d’un sistema respon a dos qüestions importants: d’una banda, és el procediment més indicat per a proporcionar elements útils a la gestió integrada dels recursos hídrics, i d’una altra banda, és fonamental per a la modelització del comportament de nutrients, per exemple el nitrat, donada la seua alta solubilitat. 
En les últimes dècades, la lixiviació de nitrat ha rebut una gran atenció a causa de l’increment tant de la taxa de deposició atmosfèrica com de l’aportació difusa procedent de les zones agrícoles (Vitousek et al., 1979). Quantificar el fluix de nitrogen i els mecanismes que el governen a escala de conca resulta essencial per a poder predir els efectes que es produirien en la qualitat de les aigües a causa de canvis d’ús del sòl o pel canvi climàtic (Payraudeau et al., 2001). 
Aquesta problemàtica, de per si complexa, resulta encara més difícil quan es tracta de conques de clima mediterrani caracteritzades per un alternança de períodes secs i humits, que es tradueix en un comportament hidrològic i biològic altament no lineal (Bernal et al., 2004; Medici et al., 2008). 
Variacions en la disponibilitat d’algun recurs poden alterar significativament el funcionament d’un ecosistema, especialment respecte a la dinàmica de la població bacteriana i dels cicles de matèria orgànica i de nutrients. En aquest sentit, els sistemes àrids i semiàrids representen medis en què la disponibilitat dels recursos, com per exemple l’aigua, és intermitent i on aquesta disponibilitat es manifesta com “polsos” al mig de llargs períodes d’escassetat de recursos (Schwinning et al., 2004a). 
La tasca de desenvolupar models, parsimoniosos i robustos, amb què interpretar i predir el moviment del nitrogen inorgànic en una conca de tipus mediterrani, resulta complicada però extremadament necessària (Neal et al., 2002, Liu et al., 2005). 
Els models que tracten de descriure el comportament i la destinació dels nutrients en el sòl solen ser necessàriament complexos, atès que intenten reproduir tots els principals factors i processos involucrats per a entendre’n la importància relativa i avaluar-ne la influència en la resposta de la conca en cas de canvis ambientals (Dean et al., 2009). No obstant això, cal tenir en compte que aquests models sempre representaran una simplificació de la realitat. Tals simplificacions són fonts d’incertesa, i la confiabilitat d’un model i la seua robustesa, òbviament, dependran de la bondat de les hipòtesis assumides. En aquest sentit, l’anàlisi de la sensibilitat general és una metodologia que permet explorar les respostes d’un model sobre tota una regió significativa de l’espai dels paràmetres. 

El cas d’estudi d’aquesta tesi doctoral és la conca de Fuirosos, que es troba situada a la vessant nord de la Serra Litoral Catalana, prop de Barcelona (Espanya). Fuirosos és una conca aproximadament de 13 km2, que drena un riu intermitent. 
La primera part de la investigació s’ha centrat en la modelització hidrològica. L’enfocament adoptat consisteix en una evolució progressiva de la percepció del funcionament hidrològic de la conca de Fuirosos, que es tradueix en un successiu perfeccionament del model conceptual adoptat per a simular el cabal observat. 
El primer model adoptat per a descriure el comportament hidrològic de la conca de Fuirosos és un model agregat que inclou tres distintes respostes hidrològiques (LU3). L’anàlisi dels resultats obtinguts amb el model LU3 va portar a introduir un tanc més en l’esquema conceptual adoptat per a distingir entre dos tipus de respostes lentes (o fluixos base) de la conca, i així s’obtingué el model LU4. El següent pas va ser aplicar aquesta versió agregada a quatre respostes, de manera semidistribuïda. El nou esquema conceptual (denominat SD4) inclou la variabilitat espacial de l’evapotranspiració potencial introduint en el seu còmput l’orientació característica de cada unitat hidrològica representativa (HRU) i la seua coberta vegetal. El model SD4 inclou en l’esquema conceptual també les quatre petites basses presents a la conca. Finalment, el model conceptual semidistribuït SD4 s’ha ampliat incloent-hi un tanc que representa la zona de ribera, i així s’ha obtingut el model SD4-R, amb el qual s’ha aconseguit el millor ajust als tres anys de cabals observats (Nash & Sutcliffe efficiency index = 0,78). 
Els resultats han evidenciat la importància dels canvis ràpids del nivell freàtic de la zona de ribera i de la formació d’un aqüífer penjat succint a la interfície entre el sòl i la roca mare granítica meteoritzada. D’altra banda, també el procés de transpiració des dels dos aqüífers (el penjat i la zona permanentment saturada) i la variabilitat espacial de l’evapotranspiració van resultar fonamentals per a representar correctament la resposta de la conca. 
Els models desenvolupats han sigut verificats tant d’acord a un procés de validació temporal com espacial.
La segona part del treball descriu l’acoblament d’un model de nitrogen inorgànic als models de pluja-vessament desenvolupats anteriorment. Els models obtinguts així es denominen: LU4-N agregat, LU4-R-N semidistribuït (2 HRU) i SD4-R-N semidistribuït (4 HRU). El model de nitrogen adoptat proporciona una descripció simplificada del cicle del nitrogen al sòl incloent-hi els processos de mineralització, nitrificació, immobilització bacteriana, desnitrificació, absorció per part de les plantes i, finalment, adsorció i desorció de l’amoni. S’hi han inclòs també els processos de nitrificació i desnitrificació a l’aqüífer penjat superficial, considerant que tingueren un rol fonamental per a la simulació de les concentracions de nitrat i amoni durant la corba de recessió de l’hidrograma. A més, s’hi han inclòs llindars d’humitat del sòl que determinen la dinàmica dels processos que componen el cicle del nitrogen. Els resultats obtinguts suggereixen que els processos de transformació del nitrogen estan molt influenciats pel règim de precipitació, la qual cosa es reflecteix en un comportament a polsos. La zona de ribera va resultar un element fonamental per a la simulació del nitrat, i s’ha evidenciat el paper que té tant com a possible font com d’albelló de nitrat d’acord amb l’època de l’any i les condicions d’humitat. 
En l’última fase del treball, els models de simulació de nitrogen inorgànic desenvolupats en aquesta tesi doctoral (LU4-N, LU4-R-N i SD4-R-N) s’han sotmès a una extensa anàlisi de sensibilitat general d’acord a la metodologia coneguda com a General Sensitivity Analysis (GSA, Hornberger and Spear, 1980) i Generalised Likelihood Uncertainty Estimation (GLUE, Beven and Binley, 1992), basades en 100.000 simulacions de Muntanya Carlo. El propòsit de l’estudi ha sigut analitzar si l’augment progressiu de paràmetres, i per tant de la complexitat dels models, es tradueix en una major capacitat efectiva per a reproduir el comportament hidrològic i del nitrogen inorgànic observat a la conca de Fuirosos. Els resultats d’aquesta anàlisi apunten que el model més complex SD4-R-N és el més adequat per a la simulació tant del cabal com del nitrogen inorgànic a la conca de Fuirosos.