在点源污染控制能力逐渐提高的情境下，非点源污染问题日益凸显，对非点源污染的定量化及控制问题成为了当前本研究领域的热点问题。湘江流域是重要的农业基地，流域内农业活动频繁，导致大量的农药化肥流失，加之畜禽养殖业污染比重上升，使得湘江氮磷污染严重，水环境质量日趋下降，非点源污染日益严重。针对SWAT模型普适性问题，本研究在ArcGIS9.3软件支持下，运用SWAT2009模型，在湘江湘潭水文站上游流域进行非点源污染特征模拟研究，希望验证模型在红壤丘陵区的适应性能，并研究非点源污染的现状。主要研究内容和结论如下：1、以湘江流域湘潭水文站为流域出口，按照SWAT模型自带数据库格式要求，建立了湘江湘潭水文站上游流域非点源数据库，整个数据库由空间数据库和属性数据库两部分组成。在ArcGIS支持下对DEM图、土地利用图、土壤类型图等进行处理得到空间数据库。运用SPAW软件、SwatWeather.exe模型以及大量的经验公式等建立SWAT属性数据库。2、在数据库支持下，对模型进行了率定和验证。研究表明，SWAT模型模拟泥沙效果最好，评价指标相对误差（Re）在6%以内，决定系数（R~2）和Nash-Suttc liffe系数（Ens）均高于0.93；径流和非点源总氮模拟效果较好，评价指标Re在5%以内， R~2和Ens均高于0.85；非点源总磷模拟效果一般，评价指标Re在8%以内， R~2和Ens均高于0.72，但总体模拟效果满足模型需要。3、以湘江湘潭水文站上游流域为研究对象，利用SWAT模型进行了非点源氮磷污染物模拟研究模拟结果表明：（1）研究区域内非点源氮磷污染负荷时间变化规律与降水量时间变化规律呈相似性。研究区域内非点源污染负荷、泥沙负荷与降水量有很强的正相关关系。1994年到2004年间，1997年非点源总氮、总磷污染负荷值最大，2003年负荷值最小，整体呈减小趋势，但变化起伏不大。（2）研究区域内非点源总氮污染负荷与非点源总磷污染负荷在空间分布上有所差异。非点源总氮污染负荷空间分布与降水量空间分布相似，主要集中在工业、人口密集的北部地区。非点源总磷污染负荷空间分布则与泥沙负荷空间分布相似，主要集中在农业与畜禽业发达的中南部地区。流域内总氮浓度整体偏高，均超过Ⅴ类水质标准，在湘潭市、株洲市及衡阳市市区内浓度最高。流域内总磷浓度大部分地区良好，只在郴州、衡阳地区超过Ⅴ类水质标准。（3）研究区域内非点源氮磷污染负荷与不同土地利用类型呈相关性。通过模型模拟结果统计分析可知，研究区域内林地、耕地和草地三种不同土地利用类型中，耕地对非点源污染负荷的贡献率最大，林地次之，草地最小。