امروزه پدیده تغییر اقلیم به عنوان مسئله ای ملی و فراملی حائز اهمیت و مورد توجه محافل علمی و حتی سیاسی می باشد. به همین دلیل لازم است در مطالعه و اجرای طرح ها و نیز مدیریت منابع به اثرات این مسئله توجه کافی شود. از این رو هدف این پژوهش بررسی و مطالعه تغییرات عناصر دما و بارش و نیز تأثیر آن ها بر دبی حوضه آبریز قلعه شاهرخ واقع در استان چهارمحال و بختیاری در دو دوره گذشته و آینده است. بدین منظور جهت بررسی وضعیت اقلیمی گذشته از اطلاعات اقلیمی( بارش، میانگین دما، حداکثر دما و حداقل دما) 9 ایستگاه در داخل و خارج از حوضه در دوره زمانی 25 ساله (67-1366 تا 91-1390) استفاده گردید. در این پژوهش با استفاده از آزمون های ناپارامتری من-کندال و دنیلس، تغییرات پارامترهای اقلیمی شناسایی و نیز نوع و زمان آن ها مشخص، سپس اثر آن ها بر دبی حوضه با استفاده از ضریب همبستگی پیرسون مشخص گردید. نتایج تحقیق (در سطح اطمینان 95 درصد) نشان داد حداکثر دما و متوسط دمای سالانه دارای روند مثبت و حداقل دما و بارندگی سالانه فاقد روند می باشند. همچنین نتایج حاصل از آزمون گرافیکی من- کندال مشخص کرد که زمان شروع بیشتر تغییرات ناگهانی و در دو جهت افزایشی و کاهشی بوده است. نتایج همبستگی نشان داد، بین دبی با حداکثر دما و متوسط دما (در سطح اطمینان 99 درصد) رابطه معکوس و معنی دار و بین دبی با بارش رابطه مستقیم و معنی داری وجود دارد. جهت تعیین وضعیت اقلیمی آینده و اثر آن ها بر دبی حوضه قلعه شاهرخ از خروجی های مدل hadcm3 تحت دو سناریوی a2 و b1 و نیز مدل ریزمقیاس نمائی lars-wg بهره گرفته شد. نتایج در مجموع نشان از افزایش بارندگی و نیز افزایش پارامترهای دمایی در آینده دارد، به طوری که در طی دوره مورد بررسی میزان افزایش بارندگی طبق سناریوهای a2 و b1 به ترتیب 3/9 و 9/11 درصد و افزایش درجه حرارت به میزان 6/0 و 4/0 درجه سانتی گراد پیش بینی می شود. جهت بررسی تأثیر این تغییرات بر دبی حوضه قلعه-شاهرخ با استفاده از تکنیک شبکه عصبی مصنوعی و با بررسی ورودی های مختلف، شبیه سازی بارش- رواناب در حوضه انجام شد که خروجی مدل، افزایش 4/16 و5/10 درصدی دبی را به ترتیب تحت سناریوهای a2 و b1، برای دوره آتی نشان می دهد. مقایسه سناریوهای a2 و b1نشان از وضعیت بحرانی تر سناریوی a2 در حوضه مورد مطالعه دارد.