Predecir la disponibilidad y calidad de los recursos hídricos dulces es una preocupación apremiante en el área mediterránea, donde varios sistemas agrícolas dependen únicamente de la precipitación. Este estudio tiene como objetivo predecir el caudal y las cargas de contaminantes difusos en un sistema fluvial temporal en la cuenca mediterránea (área de Sulcis, Cerdeña, Italia). Los datos de monitoreo mensual de caudal, sedimentos en suspensión, nitrógeno nítrico, nitrógeno total, fósforo mineral y oxígeno disuelto en arroyos de estaciones de medición se utilizaron para calibrar y validar el modelo Soil and Water Assessment Tool para el período 1979-2009. Se utilizó un procedimiento de Ajuste Secuencial de Incertidumbres para auto-calibrar incertidumbres de parámetros y evaluación del modelo. La simulación mensual durante el período de validación mostró un rendimiento positivo del modelo para el caudal con eficiencia de Nash-Sutcliffe y valores de sesgo porcentual del 0,7% y 18,7%, respectivamente. Los resultados de la simulación a nivel de cuenca indican que la carga de sedimentos fue de 1,13 t ha año, mientras que para el nitrógeno total y el fósforo total, los valores simulados fueron de 4,8 y 1,18 kg ha año, respectivamente. Estos resultados fueron consistentes con los valores de pérdidas de suelo y nutrientes observados en el área mediterránea, aunque se identificaron áreas críticas con altas cargas de nutrientes. El modelo calibrado podría utilizarse para evaluar impactos a largo plazo en la calidad del agua asociados con los escenarios de uso de suelo simulados.