非点源污染是我国水环境面临的主要问题，其中最主要的污染物质为氮和磷。目前，进行流域非点源污染量化研究最有效的手段是模型。然而，分布式非点源污染模型结构复杂，在大中尺度的应用存在突出的模拟精度和模拟尺度之间的矛盾。分析认为，流域非点源污染负荷的准确估算已经成为水污染控制规划的主要瓶颈之一。　　 本研究引入分布式模型AnnAGNPS，选择密云水库上游潮白河流域为研究对象，通过深入分析近20年来流域水文气象、土地利用等数据，全面构建流域基础信息数据库。分析表明：潮白河流域降水时空分布极不均匀，年际变化大，年内降雨集中在汛期，且地域差异明显。1980年以来流域土地利刚变化大。本研究摒弃模型的GEM模块，利用流域38个雨量站点的实际降水数据，生成模型需要的日气象数据，一定程度上解决了气象要素空间分布不均的问题。　　 研究重点针对分布式模型在大中尺度流域应用的矛盾，选取模型的两个关键问题，即CSA(临界源面积)和DEM分辨率进行深入探讨。研究发现，CSA取值对流域面积，高程影响不大，但是对汇水单元的数量及模型模拟结果有很大的影响，并且均表现出明显的规律性。因此，针对不同研究区域选择合适的CSA是流域非点源污染模型模拟的基础。　　 DEM是分布式水文模型的基础数据。分析表明：DEM分辨率对流域面积、高程、坡向影响不大，但对坡度有较大的影响，利刚直线模型对低分辨率DEM平均坡度的纠正率达到99.80％。随着DEM分辩率的降低，径流量变化不大；土壤侵蚀和总氮负荷变化十分明显。本研究还以30m和50mDEM为例进行DEM坡度同归分析，立方模型的检验结果最理想，模拟相对误差为8.24％。　　 在模型率定和模型验证的基础上，进行流域土壤侵蚀和养分流失特征及其时空变化的研究。结果表明：潮白河流域水土流失及非点源污染表现出很强的时间分布，不同时期差异大，丰枯年份变化十分明显，且年内分布极不均匀，汛期是土壤侵蚀和氮、磷非点源污染的关键防治时期，1980-1990年间潮河流域和白河流域的全氮年侵蚀量为1476.42 t/yr和731.09 t/yr，全磷年侵蚀量为12.97t/yr和16.45t/yr，1991-2000年间潮河流域和白河流域的全氮年侵蚀量为1390.92 t/yr和629.52t/yr，全磷年侵蚀量为13.38 t/yr和16.60 t/yr。　　 潮白河流域径流，土壤侵蚀，总氮和总磷污染负荷在不同土地利刚类型之间存在明显差异，其中耕地的水土流失和氮磷非点源污染情况最为严重，草地其次，林地贡献量最低。非点源污染物空间分布差异大，各项污染物危险等级与流域降水空间分布表现出很强的一致性。　　 从1980-1990年到1991-2000年的两个阶段，气象因子引起了径流量，泥沙，总氮和总磷负荷量的增加，而土地利用变化使之减小，综合作用的结果是第二阶段较第一阶段径流量明显增加。土地利用和气象是径流变化的决定性因子，两者共同作用可以控制96％的径流变化；泥沙影响因素较多，总氮、总磷负荷更是有很大的不确定性。　　 本研究从退耕还林等儿方面入手对不同非点源污染治理情景进行模拟。结果表明：高坡度区退耕对非点源污染的影响不大，河道两侧缓冲区退耕还林和减少肥料用量可以有效地降低氮磷非点源污染排放，而改变施肥措施对本流域总氮总磷负荷基本没有影响。