I december 2017, Dr Seona Candy körde genom vingårdarna i Franschhoekdalen nära Kapstaden mot Sonderendflodens strand. I slutet av 1970-talet vattenvägen dämdes upp för att skapa den största reservoaren i Sydafrikas västra Kap. Bakom Theewaterskloof-dammens tjocka väggar låg kapaciteten att hålla 480 miljoner kubikmeter vatten, nästan hälften av Kapstadens vattenförsörjning.

"När jag kom dit, det var mest damm, " säger Dr Candy.

Dr Candy, en postdoktorand forskarstipendiat i hållbara livsmedelssystem vid University of Melbourne, var i staden för matsäkerhetskonferens. Varje samtal, med alla från andra delegater till hennes Airbnb-värdar, vände tillbaka till vattenkrisen.

Staden har varit i torka sedan 2015. Dess befolkning har nästan fördubblats sedan 1995, från 2,4 miljoner till 4,3 miljoner, sätta press på stadsvattensystemet. I slutet av förra årets torrperiod, vattnet bakom Theewaterskloof Dam var mindre än 13 procent fullt.

Dag noll, när den kommunala vattenförsörjningen officiellt tar slut, hotar. Den lokala regeringen säger att kranarna kommer att stängas den 12 april. Vid det tillfället, människor kommer bara att kunna hämta en dagpenning på 25 liter från 149 ställen runt om i staden, ordnas av polis och militär.

Men experter tror att detta är en kris som lätt kan möta andra större stadsområden med liknande befolknings- och klimategenskaper som Kapstaden.

Vattensäkerhet runt om i världen

"Kapstaden är kanariefågeln i gruvan, säger Dr Candy.

I Australien, millennietorkan, som uttorkade landet under det första decenniet av det nya århundradet, lämnade städer som Melbourne ett år ifrån att ta slut på vatten.

Denna erfarenhet har gjort att landet, och institutioner som University of Melbourne, i framkant av tvärvetenskaplig forskning om vattensäkerhet.

"Experter utomlands förväntar sig att Australien är ett av de första utvecklade länderna som verkligen drabbas av klimatförändringar när det gäller torka, " säger Dr Candy. "Det har vi redan varit. Världen tittar på hur vi hanterar klimatförändringarna – antingen hur illa eller hur bra."

Hennes egen forskning i att modellera framtidsscenarier kring livsmedelssäkerhet och utsläpp av växthusgaser pekar på en viktig rekommendation:grossistbytet från fossila bränslen till förnybara energikällor i energiproduktion.

Jordbruket står för den största användningen av vatten i de flesta länder. Men Dr Candy har funnit att mängden som används i energiproduktion förväntas hoppa till liknande nivåer, drivs av kraftbehov från produktion av kolsjögas.

"Om du bytte till 100 procent förnybar energiproduktion, i framtiden skulle vi kunna spara samma mängd vatten som vi för närvarande använder inom jordbruket, " hon säger.

Diversifiera din vattenkälla

Expanderar distribuerad, eller decentraliserat, system är en annan lösning, tillägger hon. Det tillåter människor att minska avståndet mellan att samla in och använda vatten. Regnvattentankar är det bästa exemplet. Millenniumtorkan såg till att nästan en tredjedel av hushållen i Victoria installerade dem.

"De här är bra, inte bara för att de tar bort pressen från befintlig infrastruktur och resurser genom att ha en teknisk lösning, men också genom att göra människor mer medvetna om vad de använder, säger Dr Candy.

Alla ingrepp i vattensäkerheten kostar. Med klimatförändringar som förstärker både översvämningar och torka, risken att göra fel ökar också.

Professor Andrew Western är en del av Hydrology and Water Resource Group vid University of Melbournes avdelning för infrastrukturteknik. Han har kört simuleringar för att hjälpa stadens myndigheter att hålla framtida Day Zeros i schack utan att gå i konkurs.

Nyckeln till att skapa en buffert i en stads vattenförsörjning är att ha mer än en källa, han säger. Reservoarer ensamma kommer inte att räcka för städer med mycket varierande klimat som de i Australien eller Sydafrika.

"Du behöver mångfald av vattenförsörjning för att få säkerhet, säger professor Western.

På höjden av millennietorkan, Melbourne byggde en avsaltningsanläggning och en rörledning för att avleda vatten från Goulburn River på landsbygden i norr. Båda var dyra – anläggningen kostade 3,1 miljarder dollar – och politiskt omtvistade. Men tillsammans har de nu potential att försörja mer än hälften av Melbournes vattenbehov.

Att använda reservoarnivåer som en nyckelindikator, Professor Westerns arbete kommer att hjälpa städer att veta när de ska börja använda sådana tekniska ingrepp och vad de därmed förknippade kostnaderna – kapital, operativa och sociala – kommer att vara. Syftet är att hjälpa myndigheter att undvika panik, kostsamma beslut.

"Det är värt att spendera pengar för att ha riktigt bra planer på plats för när krissituationer uppstår. Med Kapstaden, det är förmodligen där den har ramlat ner, " han säger.

Varje hushåll gör skillnad

Dr Meenakshi Arora är också en del av Hydrology and Water Resource Group. Universitetslektorn i miljöteknik har kört detaljerade simuleringar av vattenbehovet orsakat av hushållsaktiviteter som matlagning, tvätt, toalettspolning och dusch.

Hon rekommenderar att hus bör ha två olika vattenströmmar:dricksvatten för matlagning och dusch, och icke-dricksvatten – inklusive skördat regn- och dagvatten och behandlat avloppsvatten – för toalettspolning, tvätt, och trädgårdsbevattning.

Att ändra vattenkvaliteten för att passa uppgiften skulle minska efterfrågan på rent dricksvatten, minska risken för översvämningar, och minska mängden förorenat regnvatten som rinner ut i floder.

"I de flesta etablerade samhällen spolar vi fortfarande vår toalett med dricksvatten, " hon säger.

University of Melbournes avdelning för kemiteknik arbetar också med att diversifiera blandningen av vatten. Teamet där tittar på avancerad vattenrening, omvandla avloppsvatten till dricksvatten, som använder mindre energi och producerar mer vatten än avsaltningsanläggningar. Den verkliga kostnaden är politisk och social. Det är svårt att sälja med de flesta populationer.

Dock, Professor John Langford, från Infrastructure Engineering, föreslår att städer med vattenförsörjningsproblem bör följa Singapores exempel, som redan blandar en del återvunnet vatten i sitt dricksförråd.

"Nyckelpunkten är att de har en långsiktig plan för samhällsengagemang, så om Malaysia stängde kranen [stadsstaten är beroende av sin granne för det mesta av sitt dricksvatten] skulle Singapore snabbt kunna ta över leveransen, " säger han. "Mitt argument skulle vara, som inte har haft någon framgång hos politikerna, är att ha ett långsiktigt program för samhällsengagemang här i Australien så vi har också det alternativet."

Den mänskliga faktorn

Det finns inget naturligt med en stad som har slut på vatten, enligt professor Jon Barnett, expert på sårbarhet och anpassning till klimatförändringar från Geografiskolan.

"Det finns gott om lösningar för att lösa dessa problem, " säger han. "Det är inte så att vi inte vet vad vi ska göra eller att det är brist på alternativ. Vattenbrist i städerna är ett problem som skapas av sociala institutioner. Det är en fråga om övergång."

Men vad händer om städerna inte anpassar sig?

Professor Barnett säger att det redan finns exempel.

"Du kommer att få skuggmarknader, " säger han. "Vattenbaroner flyttar in för att kontrollera tilldelningen av vatten som de skulle göra med droger eller illegal tobak och alkohol under perioder av förbud."

Mindre rent dricksvatten innebär att människor kommer att använda sämre kvalitet, med alla medföljande hälsorisker. "Det är fortfarande mer än 2200 barn som dör varje dag för att de inte har tillgång till vatten av god kvalitet, " han säger.

Men det finns några goda nyheter. Vattenbrist kommer sannolikt inte att provocera fram krig. Det har funnits mer än tio gånger så många fördrag om delade vatten och floder än vad det finns internationella floder i världen, säger professor Barnett. "I grund och botten, incitamenten till konflikt är mycket låga, incitamenten att samarbeta är mycket höga."

Trots detta, åtgärder behövs. Allt mer instabilt klimat och växande befolkning kommer att innebära att fler städer kommer att ha sin egen Dag Zero.

"Vi har redan sett det i Australien och det finns stora problem i Brasilien, " säger professor Barnett. "Detta är problem som kräver mycket organisation, mycket ledarskap, mycket vilja att förändra. Och om det inte finns där, då kommer alla hämmare att förändras att råda. Och du hamnar i Kapstaden."