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Coastal sand dunes play an important role in the littoral processes of California’s coastline. Functioning as both source and sink for sand, these dunes often protect coastal infrastructure and provide a buffer between anthropogenic development and coastal forces. At Toro Creek Beach, north of Morro Bay California, recent extreme winter storms have raised concerns about the erosion of the sand dunes that front California State Highway 1. This thesis attempts to characterize the historical growth and recession patterns of the Toro Creek dunes since 1977, the dune movement over the 2023-2024 winter seasons, the wave forcings behind recent high erosion events, and potential impacts of sea level rise. Four topographic surveys of the beach were conducted through the winter of 2024 and showed evidence of -11.5 ft and -12.8 ft of erosion north and south of the Toro Creek bridge. Historical aerial and satellite imagery was used to delineate the extent of the dunes at Toro Creek and estimate dune movement during this period. From 1977-2023, the dunes moved seaward 37.4 ft and 126.6 ft north and south of the bridge. Throughout this period, temporal erosion and accretion is seen on both sides of the bridge. The winters of 2021-2024 display dune erosion on at least one side of the Highway 1 bridge that approaches or exceeds yearly retreat rates developed by the USGS for shoreline (-4.9 ft/yr) and coastal cliffs (-1.6 ft/yr) in the Morro Bay area. Of these winters, 2023 witnessed the most erosion: -33.3 ft north of the bridge and ‑1.1 ft south of the bridge. This study utilized wave data from the Diablo Canyon Waverider buoy to develop a significant wave height climate specific to the orientation of Toro Creek Beach. Using tide data from the National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) tide gauge in Port San Luis, I estimated total water level—the summation of significant wave height and tide—for Toro Creek. Subsequently, I evaluated wave runup using an empirical equation developed by Stockdon et al. (2006). I analyzed the total water level and runup height—the summation of runup and tidal stage—along with other coastal processes like wave direction and refraction during the peak events of the 2021-2024 winters. Among these years, 2023 experienced total water levels as high as 16.3 ft, and runup values as high as 14.3 ft—some of the highest since the start of analyzed wave data. Additionally, I calculated the impact sea level rise (SLR) would have on runup using our wave data, under an extreme sea level rise scenario of 6.4 ft. The number of 24-hour days per year during which runup height exceeds the extreme runup height reached during the December 28, 2023 storm increases from 0.01 to 95.06 with 6.4 ft SLR. The exceedance of the 17 ft FEMA Coastal Flood Zone VE elevation for Toro Creek increases from 0 to 6.60 24-hour days per year with 6.4 ft SLR. Overall, this study shows that dune erosion accompanies high wave runup heights, and that future SLR will increase the likelihood of dune erosion at Toro Creek beach.

The following study investigates how a sand dune system in the central part of Laholm Bay (Laholmsbukten) in Halland County, Sweden, has evolved over the time period 1947 to 2014. Effort was made to contribute to improved knowledge of how geomorphological variations and anthropogenic activity in the area have been influenced by each other over time. The study is aiming to provide an improved science basis for further development of coastal management in the area. Initial focus points were to investigate the correlation over time between changes in dune system morphology, vegetation distribution and anthropogenic influence. Furthermore connections were made as to how climate has influenced the development and how climate change during the 21st century might affect the area. Methods used during the course of this study entailed fieldwork and remote sensing of aerial photographs. Changes in dune system dynamics, land cover and human impact on the area over time were analyzed. The result demonstrates that the area has undergone dynamic changes, affected by climatological aspects, human activities as well as vegetation changes. Decreasing topographic variations in the southern part of the dune system compared to the north is identified to be dependent on variations in soil fractions. This combined with the identified changes in vegetation distribution over time has an affect on erosion and deposition processes within the area. Future climate change during this century may further increase the dynamic behavior of the dune system, an important aspect to consider within local coastal management. / Följande studie utreder hur ett sanddynsområde i de centrala delarna av Laholmsbukten i Hallands län utvecklats under tidsperioden 1947-2014. Syftet var att skapa en uppdaterad kunskapsbild av områdets geomorfologiska utveckling och hur den antropogena aktiviteten i området har påverkat denna, för att, om möjligt bidra med underlag till en utveckling av förvaltningsarbetet i kustområdet. Fokus låg på att utreda sambanden mellan förändringar av landskapets morfologi, vegetationens utbredning och antropogen påverkan. Vidare undersöks hur klimatet under tidsperioden kan ha bidragit till den geomorfologiska utvecklingen och hur området kan komma att förändras fram till sekelskiftet år 2100. Arbetet innefattade fältarbete och fjärranalys av flygbilder. Faktorer såsom dynsystemets dynamik, areella förändringar i marktäcke och mänsklig påverkan på området analyserades. Resultatet påvisar att sanddynsområdet genomgått dynamiska förändringar över tid som kan antas bero på klimatologiska aspekter i kombination med mänsklig aktivitet och vegetationsförändringar. Dynområdets minskande relief i nord-sydlig riktning och variationer i dynkantens förskjutning över tid är beroende av det dynbildande materialets sammansättning. I kombination med identifierade variationer i vegetationens utbredning påverkar detta erosions- och ackumulationsförutsättningarna i området. Klimatförändringar under detta sekel kan komma att påverka de faktorer som reglerar dynsystemets uppbyggnad vilket kan öka dynamiken i systemet ytterligare. En aspekt som är viktig att ta hänsyn till i förvaltningen av dynområdet.

Cette thèse traite de la forme et de la mobilité des dunes dans l’eau sous un écoulement turbulent. L’état d’équilibre des dunes en régime stationnaire puis le retour à l’équilibre après un changement de sens de l’écoulement sont caractérisés. On examine la variation des paramètres de forme (hauteur, longueur, rapport d’aspect) et de la vitesse de migration des dunes en fonction de la masse du sédiment m0 et de la vitesse de l’écoulement. Cette étude est menée expérimentalement dans un chenal fermé et étroit et les résultats sont comparés aux prédictions d'un modèle de dunes 2D tenant compte du processus de relaxation du transport. À l’équilibre, ce modèle prédit suivant la masse de la dune un régime « petite dune » et un régime « grande dune » où la hauteur est proportionnelle respectivement à m0 et à √m0. Un régime de transition où la hauteur est fonction de m0 à une puissance comprise entre 0,5 et 1 les sépare. Ces régimes sont identiques à ceux prédits par le modèle de Kroy et al. (2002) pour les barkhanes éoliennes. Expérimentalement, seuls les régimes de transition et « grande dune » sont observés. Cet accord permet d’évaluer la longueur de saturation du transport. Le résultat obtenu est cohérent avec la longueur de dépôt proposée par Lajeunesse et al. (2010). Pour le retour à l’état d’équilibre suite au changement du sens de l’écoulement, deux scénarios transitoires sont observés. Le premier est une contraction suivie d’une élongation de la dune. Le second présente une contraction supplémentaire liée à une élongation de la dune au-delà de sa longueur d'équilibre initiale. Dans ces deux cas, le temps de retour à l’équilibre n’est pas proportionnel à la masse de la dune. / This thesis deals with the morphodynamics of subaqueous dunes under a turbulent flow. The equilibrium State of the dunes under stationary flow, and then the return to equilibrium state after a change in the flow direction are characterized. The variation of the shape parameters (height, length, aspect ratio) and the migration speed of dunes are examined as a function of the mass m0 of sediment and the flow rate. This study is conducted experimentally into a narrow, closed flume and the results are compared to predictions of a 2D dune model that takes into account the transport relaxation process. For steady dunes, this model predicts a "small dune" and a "large dune" régime where the dune height respectively increases as m0 and √m0. These regimes are separated by a transitional régime where the dune height is proportional to m0 with an exponent ranging from 0.5 to 1. These régimes are identical to those predicted by the model of Kroy et al. (2002) for æolian barchans.Experimentally, the steady dunes range from the “transition” to the "large dune" régime as the mass increases. This agreement allows to assess the saturation length of the transport. The result is consistent with the deposition length proposed by Lajeunesse et al. (2010). Concerning the return to the steady-state shape after changing in the flow direction, two transient scenarios are identified. The first one is a contraction followed by an elongation of the dune shape. In the second one, there is an additional contraction phase associated with an elongation of the dune beyond its initial equilibrium length. For either scenarios, the return-to equilibrium time is not proportional to the mass of the dune.

Les dunes marines sont de grandes structures sédimentaires qui, ensemble, couvrent de larges zones appelées champs de dunes. Des dunes ont été découvertes dans tous les océans, de la côte jusqu'aux talus continentaux. Leur forme et mobilité sont des témoins du lien étroit qui existe entre le transport sédimentaire, l'hydrodynamique (courants marins) et la topographie du fond. L'étude des dunes est intéressante scientifiquement parlant, mais elle est également motivée par des enjeux économiques et environnementaux. Les dunes peuvent être étudiées de deux manières : La modélisation et l'analyse de données de terrain (granulométrie, courantométrie, données sismiques, données bathymétriques). Ces deux approches sont très différentes mais complémentaires. Avec l'amélioration des données Sondeur Multi-Faisceaux (SMF), il est maintenant possible de visualiser la morphologie des dunes et de suivre leur évolution de manière plus détaillée. Plusieurs méthodes automatiques d'analyse de la morphologie et de la dynamique des dunes ont été développées pour analyser les Modèles Numériques de Terrain (MNTs) construits à partir de ces données SMF. Pourtant, aucun ne permet d'estimer les valeurs de descripteurs morphologiques et dynamiques pour chaque dune. L'analyse et l'évaluation de ces descripteurs restent régionales avec le découpage des MNTs en régions rectangulaires. Seul un traitement manuel permet d'estimer ces descripteurs pour chaque dune. L'objectif de cette thèse est de développer des algorithmes automatiques permettant de quanti er la morphologie et la dynamique de chaque dune. Pour ce faire, une représentation des données SMF sous forme d'une tessellation triangulaire a été préférée au classique MNT régulier. Tout d'abord, les dunes doivent être extraites de la topographie du fond marin. Un algorithme par accroissement de régions avec adaptation de l'échelle d'analyse, issu de la géomorphométrie est proposé. Les crêtes de dunes sont d'abord extraites en combinant un algorithme de simplification de tessellations avec un algorithme d'extraction de lignes de crête. La résolution de la tessellation est adaptée par l'algorithme de simplification afin de faciliter l'extraction des lignes de crête. Les lignes de crête sont des objets bien définis en géométrie différentielle. Leur extraction s'appuie sur l'interprétation de cette définition appliquée à des modèles discrets du fond (tessellations). Les crêtes servent d'embryons à l'algorithme d'extraction des dunes. L'estimation des paramètres morphologiques des dunes (longueur, largeur, hauteur, etc.) découle de l'extraction automatique des dunes. L'utilisation d'une méthode de recalage non rigide (isométrique) pour la quantification de la dynamique est discutée. Des tessellations représentant la topographie d'un même champ de dunes à différents moments sont analysées par l'algorithme d'extraction des dunes. Ensuite, une dune est associée à une dune d'une autre tessellation qui lui correspond (même dune à un autre instant). La dynamique de chaque dune est quantifiée à partir des résultats de l'algorithme de recalage : les transformations permettant d'aligner différentes représentations d'une dune. / Marine dunes are large sedimentary mounds often organized in dunefields. Theyhave been discovered in oceans all around the globe, from continental rises to nearshore areas. These mobile seafloor structures reflect the unique and complex relationship between the sediment, the seafloor topography and the hydrodynamics (currents). Dunes are not only interesting at a scientific level. In fact, their study is also motivated by economic, safety and environmental reasons. The study of dunes can be divided into two complementary approaches: Modelling and analysis of in situ data (granulometry, current, bathymetric data).The increased quality of MultiBeam EchoSounder (MBES) data allows scientists to monitor and visualize the complexity of, both, dune morphology and dynamics. Au-tomatic methods to characterize dune morphology and dynamics using Digital TerrainModels (DTMs) have already been proposed. But, none does it at the dune scale. Mor-phological and dynamical descriptors are estimated for patches of the dunefield. Today, the evaluation of such descriptors for each dune can only be achieved manually.The objective of this thesis is to design automatic algorithms for the quantification of dune morphology and dynamics. A representation of MBES data as triangular meshes has been preferred to the usual gridded DTMs. The first stage consists of delineating dunes in the seafloor. A scale adaptative, region growing algorithm based on geomorphometry is proposed. The combination of mesh implification and crest extraction algorithms enables to accurately recover dune crest lines. The mesh simplification facilitates the crest extraction by adapting the mesh resolution. Crest extraction is based on the discrete interpretation of the definition of crest lines in differential geometry. The crests are, then, used as seed regions by the dune extraction algorithm.