AnnAGNPS模型主要由3部分组成：①数据输入和编辑模块；②年污染物负荷计算模块；③数据输出和显示模块。
为进一步评价农业面源污染造成的环境影响，一些量化环境影响的后继模型相继与AnnAGNPS模型集成，形成可以直接评价农业面源污染造成环境影响的AnnAGNPS计算机模型。集成模块有：①AnnAGNPS核心模块——为优化管理措施和进行风险分析而设计的用于量化及标识流域中污染负荷的计算机模型；②CCHEID（计算机水科学及工程中心研发的一维河道模型）模块——用于集成河道发育中的特征与丘陵地负荷影响的河流网络程序；③ConCEPTS（保持河道发育和污染传输系统模块）模块——用于预测和量化堤岸侵蚀的影响，河床沉积及退化，污染物的沉积或携带，河岸边的植被形态和污染负荷等；④SNTEMP（溪流网络水体温度模块）模块——是水域规模的，设计用于预测日平均，最大和最小水温度的模块；⑤SIDO（沉积物的侵扰和溶解氧模块）模块——是专门为评价或量化污染负荷及其他一些威胁的因素对鲑科鱼产卵区、生活栖息地的影响而设计的一套鲑科鱼生命周期模型。
模型系统和整个运算流程可如图3.6所示。
图3.6 AGNPS系统结构
1.AnnAGNPS数据输入模块
AnnAGNPS模型数据输入模块由4部分组成：AGNPS向AnnAGNPS转变模块（AGNPS-to-AnnAGNPS Converter）、气象因子生成模块（GEM：Generation of weather Elements for Multiple applications）、输入编辑模块（Input Editor）、流网生成模块（Flownet Generator）。
其中AGNPS向AnnAGNPS转变模块主要是为了方便以前版本的AGNPS（4.03版及5.3版）的模型数据文件转变成AnnAGNPS格式的文件。数据转化的结果可以在AnnAGNPS下进行单事件模拟，或者经过输入编辑模块进一步的修改，进行持续模拟。
气象因子生成模块包括GEM和Complete-Climate两个程序，GEM用于模拟产生综合的天气资料（包括逐日降雨量、最低最高气温、太阳辐射等参数）。Complete-Climate用于产生逐日露点温度，云量及风速等。
输入编辑模块是以Visual Basic编写的，基于视窗的计算机程序，用于输入或编辑AnnAGNPS的数据文件，也可以通过输入编辑模块从气象因子生成模块或流网生成模块中直接导入部分数据。
流网生成模块用于从数字高程模型（DEM）中提取地理参数。它由TOPAZ、Ag-Flow及VBFlonet 3部分组成。
其中，TOPAZ（TOpographic ParameteriZation）又由DEDNM（数字高程排水模型）、RASPRO（栅格工具）、RASFOR（格栅格式化）3个Fortean-90程序组成。它是一个分析数字地形的软件包，能对数字地形图（DEM）进行分析，以此来区分河流与陆地（包括山地与平原），计算排水网络以及提取子流域的相关地形参数，划分子流域。TOPAZ是依据D8方法来编写的，D8方法依据每一个像元与它邻近的8个像元的关系来推算地形属性。因为面源污染是随地形分布的，所以TOPAZ在整个AnnAGNPS中起着非常关键的作用。
（1）程序DEDNM（Digital Elevation Drainage Network Model）往往首先运行，用于预处理高程值DEM，划分子流域，并界定排水网络；其流域参数化过程包括对排水网路和相关子集水地的描述；对网路、河道及子集水地的提取等。程序DEDNM运行要求一个参数文件Dnmcnt.inp，以及两个栅格文件Dednm.inp和Ntgcod.inp。Dednm.inp里面包含了DEM的高程信息，是一列的单列文本数据，不能确定的高程值可以用0或负数表示，因此从GIS中导出栅格数据，自行编写一个小程序，将二维阵列转换成一维单列文本。*.inp文件，都可以用记事本程序打开，从而修改里面的参数设置值。如图3.7所示为Dnmcnt.inp在记事本状态下打开的图例。
图3.7 Dnmcnt.inp示例
以下是Dnmcnt.inp的一个例子：
0（DEM覆盖区域左上角的UTM区数，范围为1～60，0表示不确定）
0（DEM覆盖区域从东到西的跨度，不超过1000000m，0表示不确定）
0（DEM覆盖区域从北到南的跨度，不超过1000000m，0表示不确定）
22（DEM的行数）
108（DEM的列数）
1（最小高程值）
301（最大高程值）
0（不确定的高程值，可为正、负、零，但必须在最小和最大的高程范围之外）
90（DEM像元的长度，需大于1.0）
0（DEM的方向，0—北，90—东，180—南，270—西，范围为0～359）(www.xing528.com)
88（流域排水点的行坐标，不能位于DEM覆盖区域的边缘上，必须大于1）
257（流域排水点的列坐标，不能位于DEM覆盖区域的边缘上，必须大于1）
0（预处理选项）
8（集合或重采样的水平，范围为1～20）
0（是否对DEM栅格进行平滑化，0：不平滑，1：平滑）
3（平滑通道的数目，范围为0～100）
2（分析调整排水口选项，0：不分析调整，1：用一个像元宽度分析和调整，2：用两个像元宽度分析和调整）
0（DEM处理选项，0：完全处理，1：只进行DEM高程预处理，2：DEM高程预处理和排水网络的产生）
0（是否使用空间变化的CSA/MSCL，0：不使用，1：使用）
新建一个文件夹，将应用程序和输入文件复制到该目录下，其中输入文件中两个重要参数用来控制排水网络和子流域的密度大小，它们是临界源面积（Critical source area-CSA）和最小源渠长度（minimum source channel length-MSCL），临界源面积用来定义一级河流的最小排水面积，程序规定该值必须大于0.001km2，CSA越小，排水网络的密度越大，划分的子流域越多。最小源渠长度用来定义河段的最小长度，该值必须大于1.0m。
（2）RASPRO程序以DEDNM的输出结果为输入，在DEDNM执行产生的格栅数据中推断出附加的空间地形信息和参数；另外还需要一个Raspro.inp文件，该文件包括一些栅格处理和用户输出选项。所有的输入文件必须位于同一目录下。对于不同的流域，Raspro.inp的内容基本不变。
（3）RASFOR（RASter FORmatting）是一个格式转换程序，可以将前两个程序的输出结果转换为通用的ASCII栅格或GIS栅格形式，与其他应用软件交流，如IDRISI，ARC/INFO和ARCVIEW等。程序RASFOR的运行除了需要上述两个文件产生的输出文件外，还需要一命名为Rasfor.inp的文件，用来规定用户需要转换那些输出文件以及转换成何种格式。
AgFlow模块在TopAGNPS的3个子程序运行后执行，主要功能是提取出集水区和单元网格的各种参数，产生流域的流网，生成的部分数据文件可以导入AnnAGNPS模型。TOPAZ产生的输出文件，需经过程序AgFlow的运行转换为能被PLModel读入的所有包括子流域和河段参数在内的文件，AgFlow的正确运行包括TOPAZ的所有输出文件和一个命名为AgFCnt.inp的控制文件。AgFCnt.inp可以用AnnAGNPS模型的缺省值。
模块的输出有4个文件：
1）FLOWRCH.RPT——集水区参数，包括集水区代码、下游溪流代码、排水面积、高程、河道长度和河道坡度。可以将此文件导入AnnAGNPS模型，合成集水区类参数（Reach Data）。
2）FLOWCELL.RPT——单元网格参数，包括单元代码、排水面积、平均高程和平均坡向，对于AnnAGNPS模型，还提供了地块平均坡度、流路的长度和坡度等参数。可以将此文件导入AnnAGNPS模型，合成单元格类参数（Cell Data和Reach Data）。
3）FLOWGRAF.RPT——包含了VBFlonet模块运行所需的一些参数。
4）CELL.OUT——方格网计算中生成的栅格文件。
（4）VBFlonet模块模块是一个Visual Basic程序，主要用于图形显示TopAGNPS模型的输出结果（*.out内部栅格文件和*.dat标准栅格文件），也可以显示DEM模型。该模块允许选择特定的单元格显示，如子流域的水路走向。显示结果可以按bmp格式保存。
AnnAGNPS的数据准备模块将产生两个文件，AnnAGNPS.inp输入文件和天气输入文件Climate.inp。前者包含了描述水域及时间变化的参数（如农药、化肥施用、土地利用、土壤类型等）。后者包含每天的天气信息资料及气象观测站的资料。这两个文件可导入AnnAGNPS的数据处理模块进行运算。
2.AnnAGNPS模型数据处理模块
AnnAGNPS数据处理模块仅为一个程序AnnAGNPS.exe该程序包含了单元处理、养殖场处理、沟渠处理、点源处理及河段处理等5个过程。单元处理过程对单元网格潜在蒸发量、土壤潮湿度、校准曲线数、灌溉应用、沉积物产生等进行计算。养殖场处理主要计算养殖场动物营养元素产生量及发生径流事件时，营养元素的溶解及迁移状况。沟渠处理主要对沉积物迁移进行处理。点源处理用于计算点源对河段产生的污染负荷。河段处理过程对营养物及农药的降解及迁移等进行处理。
3.AnnAGNPS模型结果输出模块
模型结果输出模块模拟污染物质在流域内随地形变化从开始时间到结束时间的物理化学过程，从而计算每个子流域内、河段下游以及排水口的污染物的浓度。它包括年度的污染物浓度以及每一事件的污染物浓度即每天的污染负荷。
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