Introducción. La contaminación del agua por metales pesados debido a la actividad petrolera constituye uno de los problemas de mayor preocupación a nivel local, regional y mundial, debido a que constituye un peligro para la biota acuática y la salud humana. Objetivo. Determinar el modelo matemático estocástico para diagnosticar calidad de agua y sedimentos en zonas influenciadas por la actividad petrolera en la provincia de Orellana, Metodología. Se realizó la recolección de datos a través de los 24 puntos de monitoreo actualmente activos dentro de la provincia, en el caso de sedimentos, excepto Mini estación Culebra, debido a que no poseen datos de los años establecidos 2015-2019. Se registró las concentraciones de los compuestos no conservativos en estudio como son: cadmio, níquel, plomo e hidrocarburos totales de petróleo, mediante una estadística descriptiva, se determinó el río o canal natural de primer orden (río Napo) y de segundo orden (río Payamino, río Coca, río Jivino, río Huamayacu, río Blanco y río Sacha). Resultados. Una vez aplicado el modelo matemático en el modelamiento SWAT indicó que los TPH cubren un mayor rango de sedimentación con una concentración de 18704.4 a 90080 mg/ha en la mayoría de microcuencas, la sedimentación de (Ni) va de 1332.68 a 1512.34 mg/ha con mayor concentración en las microcuencas de la zona norte y centro-este, la concentración de (Pb) va de 269.948 a 323.55 mg/ha en las microcuencas de la zona norte, y por ultimo (Cd) que es el contaminante que menor sedimentación presenta con una concentración de 49.49 a 187.88 mg/ha, Conclusión. los datos obtenidos exceden la capacidad de carga, suponiendo una acumulación virtual de dichos contaminantes analizados en los ríos, por lo que se recomienda establecer un plan de manejo ambiental para el control y tratamiento de las emisiones hidrocarburíferas ocasionadas por la actividad petrolera en la provincia de Orellana.