مقدار و فراوانی وقایع غیرمنتظره در هیدرولوژی مانند احتمال وقوع شدت و مدت خشکسالی هیدرولوژیک در اکثر نقاط جهان از اهمیت زیادی برخوردار است. به طوری که در سال های اخیر وقوع خشکسالی ها خسارت های فراوانی را بر جای گذاشته است. بررسی احتمال وقوع شدت خشکسالی ها و مدت آن بعنوان یک تحلیل استوکاستیک از وقوع دوره های خشکسالی بشمار می آید. در این مطالعه این دو ویژگی خشکسالی بر روی ایستگاه های هیدرومتری منتخب در حوزه آبخیز دریای خزر به منظور پیش بینی و برآورد شدت و مدت خشکسالی مورد بررسی واقع گردید. به منظور تحلیل فراوانی منطقه ای شدت خشکسالی و مدت آن، از روش گشتاورهای خطی استفاده شد. از مجموع بیش از 300 ایستگاه هیدرومتری واقع در حوزه آبخیز دریای خزر، حدود 180 ایستگاه به دلیل دارا بودن طول دوره آماری مناسب جهت انجام تحلیل فراوانی منطقه ای انتخاب شدند و مقادیر حداکثر روزهای خشک به عنوان پارامتر شدت خشکسالی هیدرولوژیک و نیز تعداد وقوع دوره های خشک به عنوان پارامتر مدت آن در هر ایستگاه مورد محاسبه قرار گرفت. پس از بررسی همگنی و تصادفی بودن داده ها، جهت بررسی همگنی منطقه مورد مطالعه آماره همگنی h پیشنهاد شده توسط هاسکینگ و والیس مورد محاسبه قرار گرفت که نشان داد منطقه مورد مطالعه کاملاً ناهمگن می باشد. جهت دستیابی به مناطق همگن، ابتدا با استفاده از تحلیل خوشه ای سلسله مراتبی حوزه های مورد مطالعه در بخش شدت به 8 گروه و در بخش مدت به 10 گروه تقسیم شدند. در ادامه با استفاده از روش گشتاورهای خطی و پس از حذف ایستگاه های ناجور، همگنی گروه های تشکیل شده با استفاده از آماره h مورد تایید قرار گرفت (h<1). بر اساس آزمون نکوئی برازش و با استفاده از آماره zdist دو توزیع پارتوی تعمیم یافته (gpar) و پیرسون نوع 3 (piii) برای اکثر گروه های همگن به عنوان توزیع های منطقه ای مناسب برای پارامترهای شدت و مدت خشکسالی معرفی شدند. در ادامه جهت برآورد مقادیر شدت و مدت خشکسالی هیدرولوژیک در دوره های بازگشت مختلف، از برنامه freq در محیط نرم افزار matlab استفاده گردید و با برازش توزیع فراوانی مناسب به داده های هر ایستگاه، مقادیر شدت و مدت خشکسالی در دوره های بازگشت مختلف مورد محاسبه قرار گرفت. سپس خصوصیات فیزیوگرافی و اقلیمی برای حوزه های بالادست هر ایستگاه برآورد گردید. برای انجام تحلیل فراوانی منطقه ای و ارتباط بین پارامترهای مختلف فیزیوگرافی و اقلیمی حوزه ها و مقادیر شدت و مدت خشکسالی با دوره های بازگشت مختلف از رگرسیون چند متغیره استفاده گردید و مجموعاً 9 مشخصه اقلیمی و فیزیوگرافی جهت تهیه مدل ها مورد تایید قرار گرفت. نتایج تحلیل منطقه ای نشان داد که بارندگی متوسط سالیانه، شیب متوسط حوزه، فاکتور شکل حوزه، ارتفاع متوسط حوزه و شیب متوسط آبراهه اصلی از مهمترین عوامل موثر بر خشکسالی هیدرولوژیک در منطقه مورد مطالعه می باشند. نتایج این تحقیق برای مطالعات و برنامه ریزی منابع آب و احداث پروژه های آبی از قبیل سد، نیروگاه و تامین آب کشاورزی و شهری حائز اهمیت بوده و گامی مفید در راستای برنامه جامع خشکسالی و مدیریت بحران می باشد.