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Se describe la calidad química de los recursos hídricos tanto subterráneos como superficiales en la cuenca del río Duero. El agua subterránea se analizó mediante un estudio hidrogeoquímico en 97 aprovechamientos (20 manantiales y 76 pozos) para la época de estiaje. Se aplicó el Índice de Calidad del Agua (ICA; NSFWQI) en el agua superficial para 35 sitios, a partir de ocho parámetros, dividiéndolos en manantiales y el cauce. Se compararon diferentes parámetros con información previa mediante un análisis de varianza. La calidad del agua subterránea en términos generales resultó buena y está asociada con el tipo de rocas y geología de la cuenca. Predomina la clase de agua C1-S1, baja en salinidad y sodio, pudiéndose utilizar en la mayor parte de los cultivos y cualquier tipo de suelos sin desarrollar peligro por salinidad y sodicidad. Los valores ICA obtenidos, uso en agua potable, ubican a la mayoría de los manantiales como contaminados, con excepción del manantial de Carapan (condición excelente con 92 puntos). En el cauce, uso en agricultura, el 75% de los sitios resulta como contaminado y el resto en levemente contaminado. La comparación de los nitratos en 20 años de diferencia fue estadísticamente significativo (F = 15.73, p = 0.0001), lo que representa un aumento importante de los nutrientes en el río. Por último, el creciente deterioro de la calidad del agua del río, a pesar de un balance hidrológico positivo, promueve la extracción del agua subterránea, llevando a un proceso de sobreexplotación del manto acuífero.