تلفیق مدل های شبیه سازی رشد و نمو گیاه، زمین آمار و سیستم اطلاعات جغرافیایی (gis) ابزاری امیدبخش برای تحلیل سیستمی مدیریت بهینه آب در شرایط محدودیت آب در مقیاس ناحیه ای است. این تحقیق با هدف: (1) پیش بینی بهینه پارامترهای هیدرولیکی خاک برای استفاده در مدل شبیه ساز رشد و نمو گیاه مدل oryza 2000، اعتبارسنجی مدل خیلی ساده vsm و مدل جامع oryza 2000 در مقیاس ناحیه ای، (2) شناسایی محدوده مناطق بحرانی ناشی از تنش خشکی احتمالی در مقیاس ناحیه ای، و (3) تعیین بهترین فاصله زمانی برای آبیاری تناوبی بر پایه خواص فیزیکی و هیدرولیکی خاک در شالیزار انجام شد. خواص هیدرولیکی، شیمیایی و فیزیکی در افق های خاک سطحی گلخراب، کفه شخم فشرده زیرین لایه گلخراب و خاک غیراشباع زیرین کفه شخم در 120 خاک رخ از اراضی شالیزاری ناحیه صومعه سرا اندازه گیری شد. عملکرد گیاه برنج در193 مزرعه اندازه گیری، داده های روزانه هواشناسی از شش ایستگاه هواشناسی تهیه شد. شاخص ndvi از 18 لایه تصویر سنجنده راه دور modis بدست آمد. تجزیه و تحلیل داده ها با استفاده از آمار کلاسیک، تجزیه عامل ها، توابع انتقالی، آمار مکانی، اجرای مدل ها و gis انجام شد. نتیجه ها نشان داد که متغیر هدایت هیدرولیکی اشباع در کفه شخم فشرده زیرین لایه گلخراب فاقد همبستگی مکانی و رفتار آن بـه علت پیشامدهایی مانند وجود منافذ زیستی و تَرَک در برخی از مناطق به متغیرهای تصادفی نزدیک است. تغییرات مکانی هدایت هیدرولیکی اشباع در افق های دوم (کفه شخم فشرده زیرین لایه گلخراب) و سوم (خاک غیر اشباع زیرین لایه گلخراب) نشان داد که این تغییرات نتیجه چندین عامل مستقل در هر دو مقیاس موضعی (مانند وجود تَرَک، منافذ و کانال های ریشه) و مقیاس بزرگ (مانند تغییر در خواص فیزیکی و تمایزهای مورفولوژیک خاک) می باشد که به صورت سلسله مراتبی آشیانه ای عمل می نمایند. مقایسه توابع انتقالی رگرسیون خطی چند متغیره (mlr)، شبکه عصبی مصنوعی (ann)، الگوریتم مدیریت گروهی داده ها (gmdh)، مدل آماری ساکستون و راولز (2006)، واستن 2 (1999) و مدل فیزیکی- تجربی آریا و پاریس (1981) در پیش بینی خواص هیدرولیکی خاک (مانند هدایت هیدرولیکی اشباع، مقدار آب خاک در مکش های 33 و 1500 کیلوپاسکال و پارامترهای شکل مدل ون گنوختن) نشان داد که الگوریتم gmdh از برتری بیشتری برخوردار است. اعتبارسنجی ناحیه ای مدل های vsm و oryza 2000 نشان داد که هر دو مدل از صحت به نسبت یکسان برخوردارند. آزمایش مزرعه ای نشان داد در شرایطی که میانگین عمق سفره آب زیرزمینی معلق در عمق کمتر از 60 سانتی متر از سطح خاک قرار داشت، بالاترین راندمان زراعی مصرف نیتروژن و کارایی تولید آب در ترکیب مصرف 60 کیلوگرم کود نیتروژن در هکتار و آب آبیاری با دور 10 روز بدست آمد. بهترین کارایی تولید آب در مقیاس ناحیه ای با مصرف 500 میلی لیتر آب آبیاری بدست آمد. شبیه سازی اثر مدیریت آبیاری شبکه بر عملکرد گیاه برنج در مقیاس ناحیه ای نشان داد که در شرایط آبیاری مطلوب، کم آبیاری و تنش خشکی به ترتیب 7/0، 8/15 و 90 درصد از اراضی مورد مطالعه در محدوده بحرانی تحت تنش خشکی با کلاس های عملکرد متوسط مایل به بد تا خیلی بد قرار می گیرند. در شرایط وقوع احتمالی تنش خشکی‏‏، کیفیت بد حاصلخیزی، عملیات تسطیح نامناسب در اراضی تجهیز و نوسازی شده و خاک های با بافت سبک اثرات تنش خشکی را شدیدتر می کنند.