A gestão das águas superficiais no semiárido brasileiro, em especial no estado do Piauí, enfrenta desafios significativos devido à variabilidade pluviométrica e às lacunas operacionais no monitoramento sistemático de reservatórios, como o de Bocaina. Em vista disso, o uso de sensoriamento remoto por imagens multiespectrais se configura como uma ferramenta estratégica para a observação de corpos hídricos. Possibilita análises multitemporais consistentes para o acompanhamento da dinâmica hídrica em reservatórios. O objetivo do estudo consistiu em monitorar o nível hídrico do reservatório de Bocaina, localizado no semiárido piauiense, a partir da determinação e aplicação de limiar ideal do Índice de Diferença Normalizada Modificado da Água (MNDWI). Isso permitiu avaliar a acurácia dessa abordagem em comparação com dados observados, reconstruir séries históricas de nível de água em períodos ausentes de monitoramento in loco e analisar a relação entre variáveis climáticas e a dinâmica do reservatório. O procedimento se baseou no processamento de imagens multiespectrais dos satélites Landsat-4-5-7-8-9 e Sentinel-2, por meio da plataforma do Google Earth Engine (GEE) e de rotinas em linguagem Python para geração de produtos MNDWI. Também se utilizou Modelo Digital do Terreno (MDT) de alta resolução espacial, oriundo da integração de dados batimétricos e perfilamento a laser da superfície, na delimitação acurada da lâmina de água. Realizou-se a validação a partir da comparação com observáveis do Sistema de Acompanhamento de Reservatórios da Agência Nacional de Águas e Saneamento Básico (ANA), com utilização de métricas estatísticas do erro quadrático médio (RMSE), viés e coeficiente de correlação. Os resultados indicaram maior acuraria no uso do limiar ideal em relação ao limiar padrão (maior que zero), com redução significativa de erros. Observou-se forte concordância entre dados estimados e observados, com erros inferiores a 0,44 m para os satélites Landsat-8 e 9 e a 0,28 m para o Sentinel-2, com coeficientes de correlação superiores a 0,70. Além disso, a análise climática evidenciou forte relação entre precipitação acumulada e variações no nível do reservatório, com destaque para períodos de seca prolongada e recuperação hídrica associados a ciclos pluviométricos. Desta forma, a aplicação do MNDWI com limiar ajustado se revelou eficaz para o monitoramento hidrológico de reservatórios, em particular, para regiões com limitações de dados de campo. A integração entre sensoriamento remoto, dados altimétricos e variáveis climáticas amplia a confiabilidade das análises e permite a reconstrução de séries históricas mais completas. Apesar das limitações impostas pela cobertura de nuvens em sensores ópticos, os resultados demonstram elevado potencial para aplicações em gestão de recursos hídricos, com contribuição para a tomada de decisão e para o planejamento sustentável em áreas sujeitas à variabilidade climática. Destaca-se que o estudo contribui de forma direta para o alcance dos Objetivos de Desenvolvimento Sustentável (ODS), em especial, para os ODS 6 (Água Potável e Saneamento) e 13 (Ação Contra a Mudança Global do Clima), além de apresentar interfaces com os ODS 2 (Fome Zero e Agricultura Sustentável), 11 (Cidades e Comunidades Sustentáveis) e 15 (Vida Terrestre).