El monitoreo continuo de los recursos hídricos es esencial para garantizar un suministro urbano de agua sostenible. Las técnicas de teledetección han demostrado ser valiosas para monitorear ciertos parámetros cualitativos del agua con características ópticas. Esta encuesta se llevó a cabo en el embalse de Marateca, ubicado en el interior central de Portugal, después de un evento importante que mató a un número considerable de peces. Los objetivos del estudio fueron los siguientes: (1) definir una firma espectral de contaminación específica para el embalse de Marateca que pudiera arrojar luz sobre el evento; (2) validar las características de calidad del agua espectral utilizando los datos recopilados en cinco puntos de medición; y (3) modelar las características del agua del embalse, incluyendo su profundidad, estado trófico y turbidez. Los parámetros considerados para el análisis fueron fósforo total, nitrógeno total y clorofila-a, que se utilizaron para calcular un índice de nivel trófico. Se emplearon imágenes de Sentinel-2 para calcular índices espectrales y relaciones de imagen para bandas específicas, con el objetivo de definir firmas espectrales y modelar las características del agua en el embalse. El índice de nivel trófico adquirido de cada uno de los cinco puntos de medición se utilizó con fines de validación. El nivel trófico del embalse se clasificó como hipereutrófico y eutrófico, lo que indica su sensibilidad a la contaminación. El enfoque metodológico desarrollado puede aplicarse fácilmente a otros embalses y sirve como una herramienta crucial para la toma de decisiones de los responsables políticos.