Konceptuell representation av hur infiltrationssystemet före Inca fungerar. Vatten avleds under våtsäsongen med kanaler som transporterar överskottsvatten under våtsäsongen till högpermeabilitetszoner. Vatten tränger in i jorden och dyker upp i nedströms källor efter veckor eller till och med månader, som ger vatten under torrperioden. Poäng:Ochoa-Tocachi et al., Nat. Upprätthålla., 2019.
Inbäddat mellan Stilla havet och Andesbergen, Perus kustregion förlitar sig på ytvatten från Anderna för dricksvatten, industri, och djur- och grödodling.
Regionen, som inkluderar Perus huvudstad Lima, är ofta överväldigad med regn under den våta säsongen - men när torrsäsongen kommer, vatten är knappt.
Dessa faktorer, tillsammans med Limas snabbt växande befolkning, betyder att staden kämpar för att leverera vatten till sina 12 miljoner invånare under de torra månaderna maj till oktober.
Nu, Kejserliga forskare och deras kollegor vid Regional Initiative for Hydrological Monitoring of Andean Ecosystems in South America, har beskrivit hur återupplivning av gamla vattensystem kan hjälpa till att spara vått säsongsvatten för torrperioden, där det verkligen behövs.
Att göra så, de studerade ett vattensystem i Huamantanga, Peru - en av de sista i sitt slag.
Kustperus kontinuerligt betonade system kämpar för att klara den ökande efterfrågan och är sköra - ett jordskred, till exempel, kunde enkelt stänga av Limas vattentillförsel.
Seniorförfattare Dr Wouter Buytaert, vid Imperials avdelning för civil- och miljöteknik, sade:"Folket i Lima lever med en av världens mest instabila vattensituationer. Det finns för mycket vatten under de våta årstiderna, och för lite i de torra.
"Urbefolkningen i Peru visste hur man skulle komma runt detta, så vi söker svar efter dem. "
Forntida peruanska civilisationer år 600 e.Kr. skapade system i bergen för att avleda överskott av regnvatten från källströmmar till bergssluttningar och genom stenar.
Vattnet skulle ta några månader att sippra genom systemet och komma upp igen nedströms - lagom till torrperioden.
För att studera detta, forskarna tittade på ett sådant system i Huamantanga. De använde färgspårare och hydrologisk övervakning för att studera systemet från de våta till torra säsongerna 2014-2015 och 2015-2016. Samhällsvetare involverade arbetade också med Huamantangas lokalbefolkning för att förstå praktiken och hjälpa till att kartlägga landskapet.
De fann att vattnet tog mellan två veckor och åtta månader att återuppstå, med en genomsnittlig tid på 45 dagar. Från dessa tidsskalor, de räknade ut att om regeringar uppskalar systemen för att tillgodose dagens befolkningsstorlek, de kan omdirigera och fördröja 35 procent av det våta säsongens vatten, motsvarande 99 miljoner kubikmeter vatten per år genom Limas naturliga terräng.
Detta kan öka det tillgängliga vattnet under torrperioden med upp till 33 procent under de första månaderna, och i genomsnitt 7,5 procent för de återstående månaderna. Metoden kan i huvudsak förlänga den våta säsongen, ger mer dricksvatten och längre odlingsperioder för lokala bönder.
Animation som visar månatlig nederbörd i de tropiska Anderna. Flera synoptiska skalprocesser påverkar var och när vatten distribueras i regionen. Fuktig och varm luft transporterar vattenånga från Amazonas och blockeras av Andesfjällsbarriären och ger extrema skillnader mellan östra och västra sluttningarna i Anderna. Den subtropiska anticyklonen i Stilla havet och den kalla marina Humboldt -strömmen upprätthåller stabila, torra förhållanden längs Peru och norra Chile. Upphovsman:Boris Ochoa-Tocachi, Imperial College London, 2019.
Studien, publicerad i Naturens hållbarhet , är den första att undersöka pre-Inca-systemet i denna detaljerade detalj för att hitta svar på moderna problem. Författarna säger att deras forskning visar hur inhemska system kan komplettera moderna tekniska lösningar för vattensäkerhet i kustkanten Peru.
Huvudförfattare Dr Boris Ochoa-Tocachi, även från Imperial Department of Civil and Environmental Engineering, sade:"Med tillkomsten av modern vetenskap, du skulle bli förlåten för att undra hur gamla metoder kan tillämpas på dagens problem. Dock, det visar sig att vi har mycket att lära av våra förfäders kreativa problemlösningskunskaper. "
Dr Buytaert sa:"Som många tropiska städer, Limas befolkning växer snabbt - för snabbt för att vattenreserverna ska hänga med under torra årstider.
"Uppskalning av befintliga pre-Inca-system kan hjälpa till att lindra Perus våta månader av vatten och släcka dess torra."
Den säsongsvariation som är typisk för kusten i Peru förvärras av mänskliga effekter - särskilt av smältande glaciärer som orsakas av global uppvärmning. Människor bidrar också till jorderosion, som gör jorden för svag för att stödja dammar som är tillräckligt stora för att rymma allt vatten.
Klimatförändringarna gör också de våta årstiderna våtare, och torra årstider torrare - vilket gör behovet av effektiv vattenlagring i Peru ännu mer angeläget.
Dessutom, osäkerheten om vårt klimats framtid gör det svårt att designa och bygga system som är avsedda att hålla i decennier in i framtiden.
Författarna säger att kombinera pre-Inca-system med klassiska strukturer, som mindre dammar, kan sprida arbetsbelastningen över metoder och öka anpassningsförmågan i ett oförutsägbart klimat.
Dr Buytaert förklarade:"Eftersom vi inte helt kan lita på en metod, vi måste vara öppna och kreativa-men vår studie visar att vi har mycket att lära av hur Perus urbefolkning intelligent hanterade sitt landskap 1, 400 år sedan. "
Forskarna tittade bara på ett system, så resultaten av liknande arbete kommer sannolikt att skilja sig åt i Perus kustområden. Dock, de säger att deras arbete presenterar ett starkt argument för att använda naturbaserade lösningar för att förbättra vattensäkerheten, som för närvarande toppar vattenagendor både lokalt och globalt.
De fortsätter att studera området för att lära sig mer om hur inhemsk kunskap, praxis, och system kan hjälpa till att leverera vatten till stora stadsbefolkningar i vatteninstabila, torra miljöer. Genom att göra så, de hoppas kunna förbättra kustnära Perus vattensäkerhet och motståndskraft mot ett förändrat och oförutsägbart klimat.
Dr Ochoa-Tocachi avslutade:"Detta är ett fascinerande exempel på uppfinningsrikedom inom lokalsamhällena och visar den inhemska kunskapens enorma potential för att komplettera modern vetenskap.
"Utöver detta fascinerande exempel på sinnrik problemlösning, vår forskning visar den enorma potentialen för inhemsk kunskap och landsbygdsvetenskap att komplettera modern vetenskap ".
