A smart water grid can save water and reduce cost by delivering water to consumers according to time-dependent demands. A key technology for smart water grid is to control water supply rate in accordance with the consumers’ demand. In conventional centralized water distribution system, the best way to control the water supply rate is to change water level of water distribution tank while the production rate of water treatment plant (WTP) remains constant. In smart water grid, decentralized water distribution system with the smaller WTP’s and water distribution tanks more efficient than the centralized system. Because of limitation in the smaller sizes of water distribution tanks, controlling the production rate of WTP is inevitable for a successful smart water grid. This study focuses on the effect of variation in the production rate of an advanced WTP. Two inlet flow fluctuation tests were carried out using a pilot-scale plant (including pre- and post-ozonation, coagulaton, flocculation, sedimentation, sand filtration, and granular activated carbon adsorption) with 2,000 m3/d of capacity and a bench-scale sand filter, respectively. There were two key findings through the tests. First, the fluctuation of inlet flow rate of a former unit process (e.g., pre-ozonation) affects the latter unit process (i.e., coagulation after pre-ozonation) in a quick time-interval determined by a function of surface wave adopted from Froud Number. Second, flow fluctuation degraded product water quality of each unit process, especially sand filtration. Therefore a timely control of operation condition is needed to prevent the water quality deterioration.