بیلان آب در سطح حوضه در ظاهر یک تابع ساده به‌نظر می‌رسد، ولی برآورد آن فرآیندی پیچیده است. به همین منظور اجزاء مؤثر به زیر‌بخش‌هایی تقسیم و مدل‌های بیلان آب در شبیه‌سازی سیستم منابع آب حوضه استفاده می‌گردند که به ورودی-های مشخصی نیاز دارند. از آنجا که یکی از مشکلات موجود در مناطق کوهستانی کمبود داده می‌باشد، هدف پژوهش حاضر شبیه‌سازی بیلان آب سطحی حوضه آبخیز کارون 4 با استفاده از مدلی با حداقل داده ورودی است. در این مطالعه، از مدل Exp-Hydro که دارای ساختاری ساده و نیازمند ورودی‌های کمی است و کاربرد آن در ایران جدید تلقی می‌شود، استفاده گردید. ورودی‌های این مدل مقادیر روزانه بارش، دما، دبی و تبخیر- تعرق پتانسیل و خروجی آن جریان روزانه خروجی حوضه است. سپس نتایج این مدل با یک مدل بیلان آب روزانه بر مبنای مخزن که در این مطالعه با اصلاح ساختار مدل اصلی حاصل شده مقایسه گردید. دوره آماری این پژوهش سال‌های 2000 تا 2020 می‌باشد که دو سوم داده‌ها برای دوره واسنجی و یک سوم آن برای دوره اعتبارسنجی استفاده شد. جداسازی مقدار جریان پایه از دبی روزانه مشاهداتی با استفاده از نرم‌افزار WHAT و روش فیلتر دیجیتال بازگشتی انجام شد. نتایج ارزیابی کارایی مدل‌ها نشان داد که مدل توسعه داده شده با مقدار ضریب کارایی نش- ساتکلیف 76/0 در هر دو دوره واسنجی و اعتبارسنجی نسبت به مدل Exp-Hydro با مقدار 69/0 در دوره واسنجی و مقدار 6/0 در دوره اعتبارسنجی عملکرد بهتری داشته است. همچنین مدل بیلان آب توسعه داده شده جریان‌های کم را با دقت بیشتری برآورد نموده و در مورد جریان‌های سیلابی هر دو مدل کم‌برآوردی داشته‌اند.