Este estudio aborda desafíos como cuotas de agua de riego insuficientes, una grave sobreexplotación de aguas subterráneas y conflictos en torno al uso del agua para cultivos en las áreas de cultivos mixtos de la cuenca del río Amarillo de Mongolia Interior. Se seleccionaron cinco factores de evaluación: eficiencia en la utilización de recursos hídricos, tasa de riego, grado de desarrollo y utilización, módulo de suministro y módulo de demanda, para un análisis de relación gris que evalúe la capacidad de carga de recursos hídricos de 2023. Se desarrolló un modelo de optimización de la estructura de cultivos utilizando aprendizaje automático, centrado en minimizar el uso de agua mientras se maximizan los beneficios económicos. Los resultados indican que los recursos hídricos subterráneos están cerca de niveles críticos, con muchas regiones mostrando bajas capacidades de carga y conflictos de oferta y demanda. Los problemas clave incluyen estructuras de siembra poco razonables y cuotas de riego excesivas, lo que lleva a un desperdicio significativo de agua. Para optimizar la utilización de recursos, se recomienda reducir el área de siembra de cultivos alimentarios en 0.0194 x 10 hm y aumentar los cultivos económicos y forrajeros en 0.0106 x 10 hm y 0.0116 x 10 hm, respectivamente. Este ajuste llevaría a una reducción total en la utilización de agua de 0.0289 x 10 m por año, un aumento en el rendimiento total de 4340.86 toneladas y un aumento en el beneficio económico total de 6,559,200 CNY, llevando así la estructura de cultivos hacia una mayor racionalidad. Los hallazgos proporcionan valiosas ideas para la asignación óptima de recursos hídricos en áreas de riego de cultivos mixtos.