农作物种植结构是指不同种类的农作物的空间布局,是干旱区水资源配置与土地资源开发利用的基础。针对在西北干旱区“以田定水”的落后灌溉方式不断挤占生态用水,使得地区生态环境趋于恶劣的现实问题,本研究以渭干河流域为研究区,首先选取2020年共计24期120景Sentinel-2数据与1景分辨率为1.07m的Google Earth高分影像数据,根据RCF卷积神经网络提取农业地块边界,耦合NDVI时序曲线与农作物物候信息后,根据LSTM分类算法识别地块作物属性,从而获取该地区2020年农作物种植结构图;根据新疆2020年水资源公报与新疆农业用水灌溉定额说明、不同灌区作物种植面积得到灌溉需水量。以水量平衡模型为基础,结合地表径流、降水、地下水等气象数据与人口、畜牧、GDP等统计数据,在保障生态用水前提下,去除生产生活等各方面用水后,估算地区农业灌溉耗水量;最后,以农业灌溉用水为约束条件,为了实现生态效益与经济效益最大化的优化目标函数,根据粒子群算法进行求解,对比了优化前后用水量、经济效益与生态效益,从提升节水灌溉面积、转变农业发展方向等角度为渭干河流域农业发展提出建议。主要结论如下:（1）2020年渭干河流域种植面积约为3.5万公顷,共存在地块853404块,地块平均面积为6202 m~2;主要农作物是棉花和棉花,其中棉花占约占耕地面积的89%,特色种植作物为辣椒与番茄,林果业主要是枣树、梨树、杏树。流域内库车市种植结构相对均衡,而沙雅县较为单一。2020年灌溉需水量27.24×10~8m~3,采用上限系数为0.1、下限系数为0.08的计算方式,该年份的灌溉需水应在25.07×10~8m~3～29.97×10~8m~3之间。若采用生态优先的方式,根据水量平衡原理得到该地区2020年灌溉用水为24.4×10~8m~3,距灌溉需水下限仍有0.64×10~8m~3的用水缺口。（2）在24.43×10~8m~3的灌溉用水约束下,对渭干河流域种植结构进行优化调整,优化后的耕地总面积减少3千公顷,缩减约8.3%。由棉花一头独大,变为均衡化种植。其中棉花的播种面积缩减2千公顷;梨树的种植面积增至4千公顷;辣椒的种植面积增长3倍;番茄的种植面积扩张1.5倍;各种果树的种植面积变化显著,枣树、梨树与杏树面积总和由不足5%扩张为41%,玉米的种植面积波动最小。在对渭干河流域进行种植结构优化后,灌溉需水仅为23.68×10~8m~3,减少约3.56×10~8m~3的用水,降幅13.08%。棉花用水量减少约84%;辣椒、番茄、果树得以补充。实现了经济效益与生态效益总和最大化。共计增加182亿元,其中经济效益增加13亿元,增幅为13%;生态效益显著扩大,扩张6.2倍。发展方式由之前的以棉花作为单一支柱产业,转变为以辣椒、果树为主要经济增长点,实现经济效益与生态效益兼顾的高质量发展方式。为了使以渭干河流域为代表的西北干旱区实现可持续发展,改变“以田定水”的原始农业生产方式势在必行。由此,以水资源作为线索,将精准提取地块级农作物种植结构作为首要条件,而后基于种植结构分析灌溉用水的供需矛盾,以灌溉用水作为约束条件实现对农作物种植结构的优化调整,合理配置水资源,使得地区经济发展更加平稳,生态效益日趋凸显。