水资源是国家可持续发展的首要条件，然而我国的水资源情况却不容乐观。近几年，为了提高粮食产量，化肥和农药的施用量不断增加，过量的化肥和农药随地表径流进入水体，致使水体污染情况进一步恶化。农业非点源污染已成为我国水体污染的主要原因之一，因此对农业非点源污染的治理是水体污染治理的重要目标。由于农业非点源污染的形成机理和迁移机制复杂，使其具有随机性、分散性等特点。应用数学模型进行农业非点源污染研究，不仅可以有效的解决由农业非点源污染随机性、分散性等特点带来的不便，还可以快速准确的模拟出研究区农业非点源污染情况，分析农业非点源污染的时间和空间分布特征。决策者可以根据模拟结果制定合理的农业非点源污染控制管理措施。AnnAGNPS(AnnualizedAgricultural Non-point Source Pollution Model)是由美国农业部农业研究局和自然资源保护局共同开发的计算机模型系统，用于对农业非点源污染的模拟预报。本文以辽河源头区小流域为研究区，通过对地表径流的实地监测，分析了氮磷与径流量随时间的变化规律，以及不同土地利用方式下氮磷的流失特征。根据流域的土地利用类型、土壤类型、化肥农药施用情况、农作物耕作方式以及气象等数据，确定AnnAGNPS模型的参数。其中集水区单元的划分数量是在充分考虑流域输入数据空间分布不均匀的情况下，用不同的临界汇水区面积CSA（thecritical source area）和最小初始沟道长度MSCL（the minimum source channellength）划分出不同数量的集水区进行多次模型模拟，当多种污染负荷均趋于稳定时确定的。土壤粒径数据是假设其服从对数正态分布，利用插值将我国土壤普查数据的土壤质地体系转换成AnnAGNPS模型所需的土壤质地体系。土壤可蚀性因子则是利用转换后的土壤粒径数据采用EPIC(Erosion-Productivity ImpactCalculator)模型来计算的。通过对比总氮、总磷的模拟值与实测值，校准和检验模型。利用检验后的模型模拟辽河源头区小流域的总氮总磷污染负荷，分析氮磷污染负荷的时空分布特征，识别出氮磷污染关键源区，并根据氮磷污染关键源区提出适合于研究区的农业非点源污染控制管理措施。