برآورد دقیق دبی های حداکثر در زیر حوضه های فاقد آمار ایستگاه هیدرومتری جهت اندازه گیری ابعاد سرریزها برای جلوگیری و یا کاهش خطرات احتمالی وقوع سیل و موفقیت در پروژه های مهندسی و اقتصادی بودن طرحها از اهمیت زیادی برخوردار است. استفاده از مدل منطقه ای یکی از روشهایی است که در آن دبی حداکثر لحظه ای بصورت تابعی از مساحت حوضه تعریف می شود ولی انتظار می رود شدت سیل تابعی از سایر پارامترهای فیزیوگرافیک و اقلیمی نظیر تراکم زهکشی، ضریب شکل، طول حوضه، بارندگی متوسط حوضه و... باشد. هدف از مطالعه حاضر یافتن مناسب ترین مدل برای تخمین دبی های حداکثر لحظه ای با دوره های بازگشت مختلف در شمال شرق ایران در زیر حوضه های گرگانرود در استان گلستان می باشد. بدین منظور با بررسی ایستگاههای هیدرومتری منطقه 20 ایستگاه انتخاب گردید و در حوضه های ایستگاههای مزبور، 13 عامل فیزیوگرافیک و اقلیمی استخراج شد سپس با استفاده از تجزیه و تحلیل عاملی، پنج عامل با اهمیت انتخاب شد که مجموعا 9/93 درصد واریانس تغییرات در داده های اصلی را توضیح می دهند و در آنها بار وزنی پنج متغیر شامل مساحت، تراکم زهکشی، ضریب شکل، ارتفاع متوسط حوضه و نسبت انشعاب که بیشتر از دیگر متغیرهاست، انتخاب گردید. با استفاده از دو عامل مساحت و تراکم زهکشی مناطق همگن هیدرولوژیک طبق روش تجزیه و تحلیل خوشه ای مجزا گردیده اند. با بکارگیری روش رگرسیون چند متغیره و پنج متغیر مستقل مدلهای برآورد دبی با دوره های بازگشت مختلف در دو حالت، حالت اول برای کل منطقه بدون در نظر گرفتن مناطق همگن و حالت دوم مدلها در مناطق همگن ایجاد شده ارائه گردید که در نهایت نتیجه گرفته شد که مدلهای ارائه شده برای کل منطقه از کارایی بیشتری برخوردارند. در مدلهای ارائه شده برای کل منطقه با تناوب 2، 3، 5 و 10 ساله تنها فاکتور مساحت و با تناوب 25، 50 و 100 ساله علاوه بر مساحت، ارتفاع متوسط حوضه در مدلها موثر بودند.