آب مهم‌ترین منبع برای حیات جوامع بشری و موجودات روی کره زمین است و امروزه تامین آب مورد نیاز جوامع از مهم‌ترین چالش‌های زندگی است. علاوه برآب، غذا و انرژی از عوامل اصلی رفاه و معیشت مردم در سراسر جهان به شمار می‌روند. طبق آمارهای موجود سالانه 80 میلیون نفر به جمعیت زمین اضافه شده و به تبع آن، مصرف آب و غذا نیز افزایش خواهد یافت. بخش کشاورزی مهم‌ترین بستر تامین امنیت غذایی و بزگترین مصرف ‌کننده‌ی منبع حیاتی آب به شمار می‌رود، از این رو افزایش کارایی و بهینه‌سازی مصرف آب در این بخش به ویژه در مناطق خشک و نیمه‌خشک امری حیاتی است. در این پژوهش به بهینه‌سازی مصرف آب در بخش کشاوزی و تعیین الگوی کشت مناسب برای منطقه‌ی اصفهان-برخوار پرداخته شده است. به صورتی که ابتدا سه تابع هدف برای حداکثرسازی سود اقتصادی سیستم، بهینه‌سازی کم آبیاری و افزایش بهره‌وری و حداقل سازی برداشت آب زیرزمینی تعریف و سپس با استفاده از الگوریتم ژنتیک، هرکدام به صورت تک هدفه در محیط نرم‌افزار Matlab اجرا و الگوی مناسب هر تابع هدف تعیین گردید. نتایج بهینه‌سازی برای تابع حداکثر سازی سود سیستم، افزایش سطح کشت محصولات، در عین حال کاهش 30% آب مصرفی و افزایش 11% سود کشاورزی نسبت به سال پایه را در پی داشت، نتایج بهینه‌سازی تابع دوم نشان دهنده‌ی درصد کم آبیاری و مقدار بهره‌وری برای هر محصول و کاهش 23% مصرف آب نسبت به سال پایه بود، و نتایج بهینه‌سازی تابع حداقل‌سازی برداشت آب زیرزمینی کاهش سطح زیرکشت را ارائه نمود و منجر به کاهش 65% مقدار آب برداشتی از منابع زیرزمینی شد. در ادامه برای یافتن بهترین الگوی کشت منطقه به صورتی که هدف هر سه تابع را محقق سازد از نظریه بازی، بازی استاکلبرگ استفاده شده است. بازی با سه بازیکن وزارت نیرو، سازمان جهاد کشاورزی و زارت نیرو اجرا شد و الگوی کشت مناسب منطقه به گونه‌ای تعیین گردید که با اعمال کم آبیاری، بهره‌وری محصول افزایش پیدا کند و به طور توامان سود سیستم کشاورزی نسبت به سال پایه افزایش و آب مصرفی کاهش حدود 60 درصدی داشته است. کلمات کلیدی: نیاز آبی، بهینه‌سازی تک هدفه، بهینه‌سازی چند هدفه، الگوی کشت، کم آبیاری، آب زیرزمینی، سود اقتصادی، بهره‌وری، نظریه بازی.