La previsión del consumo de agua es un aspecto crítico de los recursos hídricos cada vez más tensionados y de los procesos de gestión sostenible del agua. Es esencial explorar el estado actual de los patrones de uso del agua y las direcciones de desarrollo futuro en la ciudad de Zhangye. En este estudio, se seleccionaron 17 factores que afectan el consumo de agua en la ciudad de Zhangye para analizar los cambios en el consumo de agua y predecir valores desde 2003 hasta 2022, utilizando el modelo de peso de entropía-VIKOR y el modelo de red neuronal gris. Los resultados indican que el consumo de agua agrícola y la precipitación anual son los factores con los mayores pesos entre los indicadores de atributos sociales y naturales, respectivamente, influyendo significativamente en el consumo de agua en la ciudad de Zhangye. A medida que las proporciones del consumo de agua para la silvicultura, la ganadería, la pesca, el ganado, el uso público urbano y el medio ambiente ecológico aumentan, mientras que el consumo de agua agrícola continúa disminuyendo, la tendencia general del consumo de agua en la ciudad de Zhangye desde 2003 hasta 2022 muestra una trayectoria positiva. Cada factor de consumo de agua tiende hacia un mayor equilibrio, y la relación entre el suministro y la distribución de agua está mejorando. El error relativo promedio multianual de las predicciones de consumo de agua para la ciudad de Zhangye desde 2003 hasta 2022 utilizando el modelo de red neuronal gris fue del 4.28%. Además, los valores de error relativo para las predicciones anuales variaron del 0.60% al 5.00%, logrando una tasa de precisión del 80.00%. Esto indica un fuerte rendimiento predictivo. En última instancia, el modelo se utilizó para predecir un consumo de agua de 20.18 x 10 m en la ciudad de Zhangye en 2027. El modelo puede servir como una referencia teórica para la previsión del consumo de agua a corto plazo y para establecer un sistema de asignación de recursos hídricos en la cuenca en la ciudad de Zhangye.