随着点源污染逐渐得到有效控制，非点源污染已成为水环境污染的主要污染源，因此，非点源污染研究受到越来越广泛的重视。本研究通过将非点源污染模型与地理信息系统（GIS）结合，对流域非点源污染的产输出过程进行模拟，分析其时空分布规律及其影响因素，可以为研究流域非点源污染的控制及规划管理提供有效的依据。论文在全面阐述国内外非点源污染模型发展的基础上，以GIS技术为依托，采用美国农业部开发的SWAT水文模型，以涟水河娄底水文站上游流域为研究区域，对流域的非点源污染情况进行了模拟研究。本文首先构建了建模所需的数据库：利用ArcGIS软件，对模型的空间数据进行了投影转换、属性合并及流域边界的切割，得到了模型所需格式的空间数据。采用MATLAB软件编程，实现了不同分类标准的土壤粒径的转换，从而得到了模型数据库建立所需的土壤粒径分级，利用SPAW软件估算了研究区域主要土壤的物理属性，成功构建了建模所需的土壤属性数据库。采用PCPSTAT软件对研究区域的气象数据进行了统计，得到了构建模型“天气发生器”所需的气象参数。通过统计、调查、估算等方法获得了建模所需的其他非空间数据，包括点源污染、作物施肥等。采用三种不同的坡度划分方法进行了水文响应单元（HRUs）数目的划分，并比较三种不同划分方法的模拟精度，最终将流域划分为128个HRUs。然后利用实测数据对SWAT模型进行了率定及验证，成功构建了可以用于研究区域非点源污染模拟的SWAT模型：分别运用娄底水文站1999～2002年、2003～2005年的实测月径流、泥沙及娄底水质站2004年-2005年实测的氨氮、总磷等数据进行了模型的校准及验证，验证结果表明SWAT模型适用于研究区域的非点源污染模拟。最后应用校准及验证后的SWAT模型，去除点源污染，对2004年及2005年的非点源污染氨氮、总磷负荷进行了模拟计算，分析了流域内点源和非点源污染对流域污染负荷的贡献率大小，对不同土地利用类型非点源污染负荷总量及单位面积负荷进行统计，并通过设计不同的施肥情景（0.5倍，1倍，2倍），分析了不同施肥方案对于非点源污染负荷的影响。结果表明：（1）研究区域的水环境污染形式主要表现为非点源污染；（2）从时间分布上看，非点源污染主要集中在降雨量较大的4～6月，而枯水期7～9月则较少；从空间分布上看，非点源污染主要分布在涟水干支流区域的上游地区；（3）耕地对于非点源污染负荷的贡献最大，其次为林地；通过把1980年及2005年的两期土地利用图分别输入SWAT模型，并仍采用1998～2005年的气象条件，模拟结果表明与1980年土地利用相比，2005年的土地利用条件下可以减少涟水流域的非点源污染负荷。径流量降低的原因是随着林地面积增加，植被覆盖面积增大，导致灌溉层截留量和枯枝落叶层的容水量增大，提高了流域土壤的持水量，从而引起流域出口径流量的下降。同时，径流量的减少引起营养物质负荷量随之下降；其次，泥沙负荷量的降低也减少了附着在泥沙上颗粒态氮、磷的负荷量；（4）减少施肥量对于非点源污染的控制有着非常重大的意义。这部分的成果未来可以结合农作物产量模型，以求得最佳施肥量，既保证作物产量，又能有效地减少非点源污染。