Bearbeitung der Überschwemmungsgebiete der Ochtum

HQ100, HQhäufig und HQextrem

Erläuterungsbericht

Projekt Nr. 2565

Auftraggeber NLWKN Betriebsstelle Sulingen Am Bahnhof 1 27232 Sulingen

Bearbeitung Dr. Michael Franke Dipl.-Geogr. Silke Isringhausen Dipl.-Geogr. Leander Vajen GEUM.tec GmbH

Sure Wisch 10 30625 Hannover Tel.: 0511 / 80 40 00 Fax: 0511 / 80 40 02 Email: [email protected]

Dipl.-Ing. Tristan Posselt Ingenieurbüro für Landschaftswasserbau + Wasserwirtschaft Schillerstr. 2 37083 Göttingen Email: [email protected]

16. September 2013 Überschwemmungsgebiete Ochtum

Inhaltsverzeichnis

1 Veranlassung...... 2

2 Vorgehensweise ...... 2

3 Verwendete Daten ...... 3

4 Modellerstellung...... 5

4.1 1d-Modell...... 5

4.2 2d-Modell...... 6

5 Abflussaufteilung ...... 9

6 Überschwemmungsgebiet Ochtum ...... 11

7 Literatur...... 12

Anlagen

Anlage 1: Übersichtskarte

Anlage 2.1 – 2.8: Lageplan Überschwemmungsgebiet Ochtum

Anlage 3.1 – 3.8: Lageplan ÜSG-Tiefenkarte Ochtum

Anlage 4.1 – 4.8: Längsschnitt Ochtum HQ100

Anlage 5: Querprofile 1d-Berechnung

Anlage 6: Hochwassergefahrenkarten Ochtum - HQhäufig

Anlage 7: Hochwassergefahrenkarten Ochtum – HQ100

Anlage 8: Hochwassergefahrenkarten Ochtum – HQextrem

Anlage 9: Protokolle der Abstimmungstermine und des Abschlusstermins

Anlage 10: Lageplan technische Grundlagen

1 Überschwemmungsgebiete Ochtum

1 Veranlassung

Für die Ochtum im Bereich vom Kirchweyher See bis zum Ochtumsperrwerk sollen im Rahmen der Hochwasserrisikomanagementrichtline (HWRM-RL) die Überschwemmungsgebiete für folgende Lastfälle ermittelt werden:

• Hochwasser mit niedriger Wahrscheinlichkeit – HQextrem

• Hochwasser mit mittlerer Wahrscheinlichkeit – HQ100

• Hochwasser mit hoher Wahrscheinlichkeit – HQhäufig

Für die berechneten Lastfälle sollen die Überschwemmungsgebiete ermittelt werden sowie die Daten zu Wasserspiegel und Wassertiefe bereitgestellt werden. Ebenso sollen, basierend auf die- sen Berechnungen, die geschützten Bereiche ermittelt werden.

Die Berechnung der Wasserspiegellagen erfolgte kombiniert mit 1d- und 2d-Modell. Für den obe- ren Abschnitt (Kirchweyher See bis oberh. Grolland / Renaturierungsstrecke) wurde ein 1d-Modell erstellt. Der Abschnitt ab Grolland bis zur Mündung in die wurde über ein 2d-Modell abge- bildet.

2 Vorgehensweise

Die Ermittlung der Überschwemmungsgebiete für die Ochtum erfolgte in folgenden Arbeitsschrit- ten:

• Vermessung der Gewässerprofile, Vorlandanschlüsse und Bauwerke sowie relevanter Deich- strukturen. • Datenrecherche zu Höheninformationen (z.B. Vermessungsdaten, Kanaldeckelhöhen etc.) bei betroffenen Städten, Gemeinden etc. • Festlegung der Randbedingungen und Abflüsse in Absprache mit den beteiligten Dienststellen des NLWKN sowie der Stadt . • Modellerstellung (1d- und 2d-Modell) auf Basis der vorhandenen Daten und Modellrechnung. • Abgrenzung der Überschwemmungsgebiete auf Basis der berechneten WSP-Lagen, des ATKIS-DGM5 sowie der vorhandenen Vermessungsdaten. Prüfung auf Plausibilität. • Ermittlung der geschützten Bereiche. • Erstellung der ÜSG-, Tiefen- und Gefahrenkarten, Bereitstellung der Daten.

2 Überschwemmungsgebiete Ochtum

3 Verwendete Daten

Für die Bearbeitung des Überschwemmungsgebietes der Ochtum wurden folgende Daten verwen- det:

Kartengrundlagen (LGN, GLL) • Deutsche Grundkarte, Amtliche Karte und Orthofotos, Maßstab 1:5.000, digitale Ausgabe, für das Bearbeitungsgebiet. • ATKIS-DGM 5 und KTB-Daten, für das Bearbeitungsgebiet. • Topographische Karten Maßstab 1 : 25.000, 1 : 50 000 und 1 : 100 000 digitale Ausgaben, für das Bearbeitungsgebiet. • Digitales Liegenschaftsmodell (ATKIS-DLM), für das Bearbeitungsgebiet.

Stadt Bremen • Daten aus Laserscanning für den Bereich der Stadt Bremen (Bremen 2012). • Fächerecholotpeilungen Ochtum und Delme (WSA 2005). • Kontrollpeilung der Renaturierungsstrecke der Ochtum (1994). • Vermessungsdaten Grollander Ochtum (Stadt Bremen 2012). • Kanaldeckelhöhen Huchting / Grolland (Hansewasser 2012). • Bauwerkszeichnungen div. Bauwerke (Stadt Bremen). • Pegeldaten Ochtum / Delmemündung (WSA). • Digitales Liegenschaftsmodell (DLM), für das Bearbeitungsgebiet Stadt Bremen. • Daten zum Siel Verbindungsgraben Kuhlen.

NLWKN • Karte zur Lage der Polderflächen. • Übersicht der Deichhöhen. • Daten Ochtumsperrwerk (Schließzeiten, Ganglinien). • Planfeststellungsunterlagen Sperrwerk Ochtum (1969).

Weitere Gutachten:

Franzius Institut für Wasserbau und Küsteningenieurwesen (2006): Ermittlung der maximalen Hochwasserstände zur Überprüfung der Bestickhöhen der Ochtumdeiche auf stadtbremischem Gebiet. Im Auftrag des Senators für Bau, Umwelt und Verkehr, Bremen.

3 Überschwemmungsgebiete Ochtum

Eigene Vermessung

Für die Erstellung des 1d- bzw. 2d-Modells erfolgte die Vermessung der Ochtum sowie der Vor- länder und Deiche. Die Vermessung erfolgte im Frühjahr 2012, Nachvermessungen erfolgten im Herbst 2012 und Frühjahr 2013.

Die Vermessung erfolgte mit Trimble-GPS kombiniert mit der Tachymeter-Totalstation. Für die präzise Überführung in die amtlichen Lage- und Höhenbezugssysteme wird der Satellitenpositio- nierungsdienst der deutschen Landesvermessungen SAPOS® genutzt. Mit dem SAPOS® - HEPS (Hochpräziser Echtzeit-Positionierungs-Service) kann eine Echtzeit-Positionierungsgenauigkeit von 1-2 Zentimetern (Lage) bzw. 2-5 Zentimetern (Höhe) erreicht werden.

Die Gewässerprofile wurden in einem Abstand von ca. 100 - 250 m aufgenommen. Abweichungen der Abstände ergeben sich bei deutlichen Änderungen des Gerinnequerschnitts bzw. bei Sonder- profilen. Die Länge der Vorlandanschlüsse richtete sich nach den örtlichen Gegebenheiten und den zu erwartenden Ausuferungen und beträgt 20 – 350 m.

Neben den Gewässerprofilen wurden die für das Überschwemmungsgebietsermittlung relevanten Höhenstrukturen eingemessen (Verwallungen, Deiche, erhöhte Straßen).

Eine Überprüfung der Genauigkeit fand an Nivellementpunkten der Niedersächsischen Vermes- sungs- und Katasterbehörden statt (vgl. Tab. 1). Es wurde hierbei eine maximale Abweichung von vier Zentimetern festgestellt; die absolute mittlere Abweichung beträgt 0,03 m.

Nivellement-Punkte Trimble-GPS-Punkte Punkt Lage Letzte Über- Höhe Datum Höhe Abweichung prüfung [m NN] [m NN] [m] 2919/642 Kirchweyhe / Dreye 1961 7,17 16.01.2012 7,21 0,04 2919/643 Kirchweyhe / Dreye 1979 6,75 16.01.2012 6,73 0,02 absolute mittlere Abweichung 0,03

Tab. 1: Vergleich der Höhen von Nivellementpunkten mit eingemessenen Trimble-GPS- Punkten

4 Überschwemmungsgebiete Ochtum

4 Modellerstellung

4.1 1d-Modell

Für den Gewässerabschnitt von Kirchweyher See bis oberh. Grolland / Renaturierungsstrecke wurde ein hydraulisches 1d-Modell erstellt. Die Bearbeitung erfolgte mit der Software HEC-RAS Version 4.1 (US Army Corps of Engineers, Hydrologic Engineering Center).

Die Spiegellinienberechnung wurde mit dem Berechnungsansatz nach Manning-Strickler durch- geführt

Für das 1d-Modell wurden 63 eingemessene Querprofile übernommen. Während der Berechnung wurden weitere interpolierte Profile ergänzt, z.B. bei Abflussänderungen oder um Fließzustände (schießend/strömend) im Gewässer sinnvoll nachbilden zu können. Diese interpolierten Profile sind im Modell gesondert gekennzeichnet.

Bei der Berechnung wurden hydraulisch relevante Bauwerke (Brücken, Durchlässe, Wehre) be- rücksichtigt.

Die Parametrisierung der Querprofile und Bauwerke (Brücken, Wehre) erfolgte auf Basis von Lite- raturangaben.

Die Berechnung beginnt an der Landesgrenze (Station km 13,984, Überlappungsbereich mit dem 2d-Modell, erstes Profil an Station km 14,079). Der Anfangswasserspiegel wurde an Station km 14,079 aus dem 2d-Modell (Variante „Freier Abfluss“) abgegriffen und beträgt für das HQ100 3,60 m NHN.

Für das HQextrem liegt der Anfangswasserspiegel bei 3,78 m NHN und für das HQhäufig bei 3,44 m NHN.

Eine Darstellung der Querprofile befindet sich in Anlage 5.

5 Überschwemmungsgebiete Ochtum

4.2 2d-Modell

Aufgrund der erforderlichen instationären Berechnung der Befüllung der Polderflächen zwischen Bremen und dem Sperrwerk Ochtum (s.u.) wurde der Berechnungsabschnitt ab unterhalb Grolland / Renaturierungsstrecke und der Mündung in die Ochtum als 2-D Modell aufgestellt.

Als mathematisches Strömungsmodell für die hydraulischen Berechnungen wurde das 2- dimensionale HN-Modell Hydro_AS-2d, V. 2.2 eingesetzt (M. NUJIC 2003 und 2006). Als Prä- und Postprozessor diente das Programm SMS (Surface Water Modeling System).

Topographie

Für die Erstellung des Gerinnes der Ochtum sowie der begleitenden Deich- und Dammstrukturen wurde auf die vorliegenden Vermessungsdaten zurückgegriffen. Neben dem Hauptgewässer wur- den größere einmündende Nebengewässer (Delme, Varreler Bäke) und Verzweigungen (Grollan- der Ochtum) in das Modell integriert.

Die Vorlandtopographie wurde für den niedersächsischen Bereich auf Basis des ATKIS-DGM 5 erstellt. Für die im Bereich der Stadt Bremen liegenden Flächen wurden die Daten des Laserscan- nings verwendet. Höhenstrukturen (Straßen / Dämme etc.) wurden eingearbeitet, sofern Vermes- sungsdaten vorliegen und eine hydraulische Relevanz besteht.

Bauwerke und Rauheiten

Bei der Berechnung wurden hydraulisch relevante Bauwerke (Brücken, Durchlässe, Wehre) be- rücksichtigt. Nicht betrachtet wurden Gräben und kleine Gerinne, die nicht abflussrelevant sind. Die Vergabe von Bauwerksparametern erfolgte auf Basis der Vermessungsdaten und Querprofile.

Staubauwerke im Gewässerverlauf wurden als geöffnet angenommen. Regelbare einmündende Gewässer wurden als geschlossen angesetzt.

Zur Bestimmung der Vorlandrauheiten wurden die unterschiedlichen Nutzungen anhand der Or- thofotos und sowie während Geländebegehungen ermittelt. Diesen Nutzungen wurden Rauheits- beiwerte (kst-Werte gem. Manning-Strickler) auf der Grundlage von Erfahrungs- und Literaturwer- ten zugeordnet.

6 Überschwemmungsgebiete Ochtum

Untere Randbedingung/Instationäre Berechnung

Für die Berechnung der Wasserspiegellagen für die Abflüsse HQ100, HQhäufig und HQextrem wurden jeweils zwei Berechnungsvarianten zugrundegelegt:

• Geschlossenes Sperrwerk Ochtum Ausgehend von der Zweckbestimmung des Sperrwerkes und den Planfeststellungsunterlagen (1969) wurden in dieser Variante als untere Randbedingung die Sperrtore im Rechenmodell als geschlossen definiert. Hierdurch füllt sich zunächst der Flussschlauch und die Vorländer bis zu den begrenzenden Polderdämmen. Bei zunehmender Einstaudauer füllen sich sukzessive die Polder. Der Abfluss der Ochtum wird mit 80 % des jeweiligen Bemessungsabflusses angesetzt. Dieser Wert wurde übernommen aus den Planfeststellungsunterlagen zum Sperrwerk Ochtum (1969) und war seinerzeit die Bemessungsgrundlage. Die Berechnung erfolgt instationär. Das Ergebnis der Berechnung wird bei einem 100-jährlichen Ereignis zu dem Zeitschritt abge- griffen, bei dem im Staubereich ein Einstauvolumen gemäß Planfeststellung von 11,8 Mio. m³ x 0,8 = 9,44 Mio m³ erreicht ist (38 Stunden im Modell, 32,8 h lt. Planfeststellung).

Beim HQhäufig beträgt dieser Wert 11,8 Mio. m³ x 0,8 x 0,8 = 7,55 Mio m³ und beim HQextrem 11,8 Mio. m³ x 0,8 x 1,3 = 12,27 Mio. m³. Abb. 1 zeigt exemplarisch die Wasserstands- Volumen Beziehung für den zeitlichen Verlauf des Einstaus beim 100-jährlichen Ereignis.

4

3.5

3

2.5

2

1.5 WSPL [m ü. NHN] WSPL OW Sperrwerk (dyn. Füllung HQ100) 1 Schließwasserstand Winter

0.5 Schließwasserstand Sommer

0 0 2 000 000 4 000 000 6 000 000 8 000 000 10 000 000 12 000 000 Volumen [m³]

Abb. 1: Speicherkurve Ochtum (ohne Vorfüllung)

7 Überschwemmungsgebiete Ochtum

• Freier Abfluss am Sperrwerk Ochtum Zusätzlich zu der zuvor beschriebenen Variante ist eine Berechnungsvariante mit dem vollen

Bemessungsabfluss für die Ermittlung der Überschwemmungsgebiete HQ100, HQhäufig und

HQextrem notwendig. Mit zunehmender Entfernung vom Stauraum sinkt bei der Berechnungsva- riante mit geschlossenem Sperrwerk der Einfluss des Stauwasserspiegels auf die Wasserspie- gellage. Eine Berechnung mit dem ungeminderten Bemessungsabfluss führt hier zu höheren Wasserständen als in der zuvor beschriebenen Variante. Für diese Berechnungsvariante wurde der ungeminderte Bemessungsabfluss gemäß Tab. 3 angesetzt. Als untere Randbedingung wurde vereinfachend der konstante Wasserstand des mTHW definiert (2,45 m NHN an der Mündung in die Weser). Die Berechnung erfolgt instationär. Das Berechnungsende ist nach 72 Stunden. Dieser Zeitraum stellt den geschätzten, maximal zu erwartenden Scheitelabfluss des Abflussereignisses dar.

Der Einfluss des geschlossenen Sperrwerks auf die Wasserspiegellagen reicht beim HQ100 bis etwa zum Zusammenfluss der Ochtum mit der Grollander Ochtum (Station km 10,135). Oberhalb davon sind die Wasserspiegellagen der Berechnungsvariante „Freier Abfluss“ höher.

Die berechneten Wasserspiegellagen am Sperrwerk Ochtum und am Pegel Strom (Station km 7,510) für die beiden Varianten sind in Tab. 2 aufgeführt.

HQ100 HQhäufig HQextrem Sperrwerk geschlossen [m NHN] [m NHN] [m NHN] Sperrwerk 3,27 3,17 3,34 Pegel Strom 3,31 3,22 3,38 freier Abfluss Sperrwerk 2,60 2,57 2,67 Pegel Strom 3,20 3,10 3,33

Tab. 2: Berechnete WSP-Lagen für die zwei Berechnungsvarianten

8 Überschwemmungsgebiete Ochtum

5 Abflussaufteilung

Freier Abfluss

Der Abfluss des HQ100 wurde für den Abschnitt Kirchweyher See bis oberhalb der Einmündung Varreler Bäke auf Basis der Abflusskurven des NLÖ (2003) ermittelt. Das Gewässer wurde der hydrologischen Landschaft Wildeshauser Geest, Untereinheit Hombach und Hache zugeordnet.

Für den Abschnitt zwischen der Einmündung Varreler Bäke und der Ochtummündung wurde ein abweichendes Verfahren gewählt. Hier erfolgte eine Berechnung der Abflüsse durch Interpolation zwischen diesen beiden Punkten. Oberhalb der Einmündung Varreler Bäke beträgt die Einzugsge- bietsgröße Aeo = 419,42 km² sowie entsprechend der Abflusskurve eine Abflussspende von Hq100 = 86,5 l/s km². An der Mündung der Ochtum ergibt sich aus den Werten für die Große Aue, Wümme und Hunte eine Abflussspende von 117 l/s km² (Grundlage: Mail NLWKN Brake- Oldenburg v. 15.03.2012).

Für den Zufluss der Delme wurde das neue Rückhaltebecken in Delmenhorst berücksichtigt.

Geschlossenes Sperrwerk

Für die Variante des geschlossenen Ochtumsperrwerkes wurde der 0,8-fache HQ100 gerechnet. Dieser Wert entstammt der Planfeststellung für das Sperrwerk Ochtum (1969) (vgl. Kap. 4.2).

Abflüsse HQhäufig und HQextrem

Die Abflüsse für das HQextrem und HQgering wurden über Faktoren zum HQ100 ermittelt (jeweils für die Varianten „freier Abfluss“ und „geschlossenes Sperrwerk“:

• HQextrem Faktor 1,3.

• HQgering Faktor 0,8.

Die Abflüsse sind in Tab. 3 aufgeführt.

9 Überschwemmungsgebiete Ochtum

Abschnitt / Gewässer EZG Teil EZG gesamt Hq100 HQger HQ100 HQext [km²] [km²] [l/s/km²] [m³/s] [m³/s] [m³/s] Ochtum bis oberh. Hache 128,17 128,17 Ochtum unter Mündung Hache 118,45 246,62 98,3 19,4 24,2 31,5 Ochtum bis oberh. Hombach 31,76 278,38 95,5 21,3 26,6 34,6 Ochtum unterh. Münd. Hombach 80,70 359,08 89,8 25,8 32,3 41,9 Ochtum bis oberh. Stuhrgraben 10,32 369,40 89,2 26,4 33,0 42,9 Ochtum unterh. Münd. Stuhrgraben 24,42 393,82 87,9 27,7 34,6 45,0 unterh. Grenze Lk. Diepholz-Bremen 0,17 393,99 87,9 27,7 34,6 45,0

Freier Abfluss Ochtum oberh. Varreler Bäke 419,42 419,42 86,5 29,0 36,3 47,2 Ochtum unterh. Varreler Bäke 217,24 636,66 99,8 50,8 63,5 82,6 Ochtum oberhalb Delme 12,95 649,61 100,6 52,3 65,4 85,0 Ochtum unterhalb Delme 247,40 897,01 115,8 83,1 103,9 135,0 Ochtum oberhalb Mündung Weser 18,99 916,00 117,0 85,7 107,2 139,3

Sperrwerk geschlossen Ochtum oberh. Varreler Bäke 419,42 419,42 69,2 23,2 29,0 37,7 Ochtum unterh. Varreler Bäke 217,24 636,66 79,8 40,6 50,8 66,0 Ochtum oberhalb Delme 12,95 649,61 80,5 41,9 52,3 68,0 Ochtum unterhalb Delme 247,40 897,01 92,8 66,6 83,2 108,2 Ochtum oberhalb Mündung Weser 18,99 916,00 93,4 68,5 85,6 111,3

Tab. 3: Abflussaufteilung Ochtum

10 Überschwemmungsgebiete Ochtum

6 Überschwemmungsgebiet Ochtum

Die Abgrenzung der ÜSG Ochtum für die einzelnen Lastfälle erfolgte auf Basis des ATKIS-DGM 5 sowie unter Verwendung der vorhandenen Höhendaten (vgl. Kap. 3). Für den Bereich der Stadt Bremen wurden die Daten aus dem Laserscanning (Bremen 2012) verwendet.

Die vorliegenden Vermessungsdaten wurden bei der ÜSG-Abgrenzung berücksichtigt. Die mögli- chen Rückstaubereiche in einmündende Gewässer wurden bei der ÜSG-Abgrenzung erfasst.

Die Überschwemmungsgebiete basieren für den Abschnitt des 2d-Modells auf instationären Be- rechnungen und zeigen die Flächen, die in der zugrundegelegten Laufzeit überschwemmt werden. Unter Annahme längerer Laufzeiten sind höhere Wasserspiegellagen und damit auch größere Überschwemmungsflächen möglich. (z. B. in den Polderbereichen).

Die Lage der bei HQ100 überschwemmten Flächen ist in Anlage 2 und 3 dargestellt. Den Spiegelli- nien-Längsschnitt zeigt die Anlage 4.

Die Anlage 10 enthält den Lageplan technische Grundlagen. Hier wurde auf die Darstellung der

+/-20 cm Linie verzichtet, da die Abweichungen vom HQ100 zu HQgering und HQextrem diesen Bereich ungefähr abdecken. Daher wurden diese Linien dargestellt.

Es erfolgte die Erstellung der Gefahrenkarten für alle drei Lastfälle. (Anlage 6-8). Die Gefahren- karten zeigen die ÜSG-Anschlaglinie sowie die zugehörigen Wassertiefen. Für das HQextrem wur- den zusätzlich die geschützten Bereiche ermittelt.

Geschützte Bereiche

Die Ermittlung der geschützten Bereiche im Rahmen der Erstellung der Gefahrenkarten bezieht sich auf das HQextrem. Es handelt sich dabei um Bereiche, welche bei einem HQextrem durch Hoch- wasserschutzeinrichtungen geschützt sind, und nicht überflutet werden. An der Ochtum finden sich zwei Bereiche, die durch Verwallungen / Deiche geschützt werden. Für diese Bereiche wurde für die Ermittlung der Wassertiefen der Wasserspiegel des HQ100 herangezogen.

Bereich 1: Station km 16,000 – 14,000 / Stuhr

Die Ochtum ist zwischen km Stat. km 16,00 – 14,00 linksseitig durch eine Verwallung geschützt.

Bei Ausspiegelung der HQ100-Wasserstände ergeben sich Überschwemmungen bis ca. 2000 m in das linke Vorland.

11 Überschwemmungsgebiete Ochtum

Bereich 2: Station km 5,3 – 0,0 / Hasbergen – Neuendeel – Altenesch

Im o. a. Abschnitt werden die Flächen links der Ochtum durch einen Deich geschützt. Die WSP-

Lagen HQ100 liegen hier bei 2,93 – 3,37 m NHN. Die Geländehöhen in diesem Bereich liegen z.T. unter 0,2 m NHN. Eine Ausspiegelung der Wasserstände HQ100 ist hier wenig sinnvoll, da sich kei- ne Anschlaglinie in einiger Nähe zur Ochtum einstellt. Um die Gefährdung zu signalisieren wurde hier der Bereich bis zur westlich verlaufenden Bahnlinie dargestellt. Die mögliche weitere Ausdeh- nung wurde in der Karte mit Pfeilen dargestellt.

7 Literatur

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