The use of water systems that consume less power than air systems is gradually increasing with the new climate change regime. A water source heat pump system that uses sea water, river water, sewage, waterworks, and groundwater is much more simple and efficient than an air source heat pump system. A water source heat pump system has a limitation that water must be close by. The system optimization technologies of an air source heat pump system such as variable speed compressor controls which have been studied extensively. However in the case of water systems, research is not yet active. The main purpose of this study is to derive the optimal operating conditions and find control variables for the water source heat pump system.. For this particular study, we have selected the water heat pump system from the K-water S water treatment plant as the Pilot system. An inverter system was applied to the raw water, brine waterand circulation water pump for an optimal operating condition analysis. A real - time monitoring and control system was constructed to calculate the systems efficiency. The real-time monitoring system stores the flow, temperature, pressure, power, and pump operation data every 10 minutes. A simulation model was developed to analyze the system COP under various operating conditions and the model was calibrated by a pump performance test. The variation of the system efficiency was simulated by changing the flow rate of the pumps according to the condition of the raw water temperature. We compared the simulation analysis and operation data and have verified the effectiveness of introducing a variable speed water heat pump system. Finally, the control variables related to the systems efficiency have been derived.