A smart water grid can save water and energy by delivering the water to consumers accordingto the time-dependent demands. One of the key water treatment technologies for a smartwater grid is to control the water supply rate as per the consumers’ demand. However, aconventional water treatment plant is designed for a constant production rate operation,which is not appropriate for a smart water grid. The present study focuses on the effect offluctuation on the production rate of three water treatment technologies: i.e. (1) sedimentationfollowed by ozonation and coagulation/flocculation, (2) sand filtration followed by coagulation/flocculation and sedimentation, and (3) membrane process (microfiltration [MF]). Forsedimentation and sand filtration processes, the pilot- and real-scale plant data were analyzedto investigate the fluctuation patterns of the flow rate and water quality. For the membraneprocess, an MF operation was simulated to investigate the effect of fluctuation flux onthe membrane fouling rate. Two key findings emerged from the pilot and field data analysesand simulation results in the present study. First, there exists a time delay between the inputand output flow fluctuations for sedimentation and sand filtration processes, and the waterquality is changed during and after the time delay for the flow rate fluctuation. Second, inthe MF process, the flow rate fluctuation does not have any significant effect either on thepermeate water quality or on the fouling behavior.