Las cuencas áridas del interior enfrentan el desafío de la deterioración ecológica debido a la disponibilidad insuficiente de agua. El consumo de agua de riego agota el agua que fluye hacia el humedal ecológico aguas abajo, lo que lleva a un aumento de la deterioración ecológica. Es urgente optimizar la gestión de los recursos hídricos de riego en las zonas medias y mejorar la sostenibilidad ecológica de las zonas bajas. Para garantizar un desarrollo sostenible, mejorar la eficiencia en el uso del agua y preservar la salud de los ecosistemas de cuencas deberían considerarse simultáneamente en la gestión del agua agrícola de estas regiones. Por lo tanto, se propuso un enfoque de programación multiobjetivo entera 0-1 para optimizar la siembra de cultivos en la zona intermedia. Este método tiene ventajas en (1) equilibrar eficazmente la sostenibilidad ecológica, la producción agrícola y los objetivos de ahorro de agua; (2) vincular la gestión del distrito de riego con información geográfica en cuadrícula para desarrollar estrategias de uso de la tierra; y (3) obtener soluciones óptimas para sinergias multiobjetivo. El enfoque propuesto se aplica a una cuenca fluvial típica en China, la Cuenca del Río Heihe en la Provincia de Gansu. Los resultados indican que los esquemas de optimización pueden aumentar los beneficios agrícolas, la idoneidad de los cultivos, la eficiencia en el uso del agua y la calidad ecológica en un 12,37%, 6,82%, 13,00% y 8,04% (en comparación con 2022), respectivamente, mientras que se puede ahorrar aproximadamente un 7,53% de agua de riego. Los resultados de la optimización y el enfoque propuesto pueden ayudar a los tomadores de decisiones a gestionar los recursos hídricos en la Cuenca del Río Heihe y regiones similares.