明治時代に入ると、内務省はヨーロッパより多くのお雇い技術者を招き入れ、全国各地の治水事業に着手した。木曽川においては課題の分流工事を本格的に推進するべくヨハニス・デ・レーケを迎え、1888年（明治20年）より「木曽・長良・揖斐三大河水利分流計画」に着手した。川床は木曽川、長良川、揖斐川の順に高く、木曽川河口部の掘り下げと三川の分離により、洪水被害は大幅に減少した。船頭平閘門は、新木曽川と新長良川を繋ぐ水運のために設けられたものである。
1753年（宝暦3年）12月、幕府は薩摩藩主・島津重年に対し尾張藩領内の木曽三川分流工事を命令した。外様雄藩の経済力を削ぐ為の施策「御手伝い普請」である。薩摩藩は平田靱負を総奉行として翌1754年（宝暦4年）から1年を掛け、長良川と揖斐川の分流工事を行った。いわゆる宝暦治水事件である。工事に駆り出された薩摩藩士の苦難は並大抵のものでは無く、幕府の厳しい監視下で多くの藩士が切腹したり病死した。かくして不完全とは言え、長良川・揖斐川の分流・締切工事は完成した。現在に残る油島千本松原締切堤である。だが、平田は薩摩藩に多大な負債と多くの藩士を死なせた責めを一身に負い、完成後自刃して果てた。なお、この一件は後に薩摩藩を倒幕に走らせる遠因ともなった。施策後の洪水の頻度は結果的には増加しているが、彼は昭和13年（1938年）治水神社にまつられ、地元住民は今でも平田を始めとする薩摩藩士の遺徳を慕っている。
高校入学以前から、吹雪に閉じ込められた校舎で廊下を走っていたという。稲垣村立稲垣中学校卒業後、青森県立木造高等学校に進学し、長谷川宇民の指導を受ける。高校3年生の時には青森県高校総体の800mで優勝。「1000m以上の練習は大嫌い」だったため、800mにこだわっていた。高校を卒業した1984年、川崎製鉄千葉（現・JFEスチール）陸上部に監督の瀧田詔生のスカウトを受けて進む。チームには当時ロサンゼルスオリンピックのマラソン代表となった増田明美がおり、瀧田はもっぱら増田の指導に当っていたため、主にコーチの小沢欽一の指導を受ける。ロサンゼルス五輪後、瀧田と増田はともに川鉄千葉を退社し、小沢が監督に就任して本格的に小島のトレーニングに当った。　小島は当初中距離走主体の選手として育成され、日本陸上競技選手権大会では1984年・1985年と1500mと3000mに連覇した。しかし、3000mの代表として出場した1986年アジア競技大会（ソウル）で8位に終わったことから、限界を感じて長距離走に転向した。1987年3月の名古屋国際女子マラソンに一般参加選手として出場、初マラソンながら2時間34分59秒のゴールタイムで2位と大健闘。これは、チームの先輩である増田の記録（2時間36分34秒）を1分以上も上回る、初マラソン日本最高タイムであった。1988年9月開催のソウルオリンピック女子マラソンの代表選考会であった、同1987年11月の東京国際女子マラソンでは、2時間33分44秒で日本人最高の8位に入る。この時点で小島がソウル五輪候補の一人として注目が集まったが、翌年1月の大阪国際女子マラソンで2位に入った宮原美佐子が2時間29分37秒のゴールタイムで日本女子最高記録を更新、ほか3位の荒木久美・4位の浅井えり子と3人が小島の記録を上回ったため、小島はソウル五輪日本代表には選ばれず補欠に留まった。それでも小島は気丈に「五輪に選出されなかったことは非常に残念だが、悔いはない。浅井さんたちには是非上位目指して頑張って欲しい」とエールを送るコメントを述べていた。1989年1月の大阪国際女子マラソンは2時間34分56秒で4位だった。その後同年の4月30日、パリマラソンに出場した小島は、2時間29分23秒の当時日本女子最高記録を達成し、念願のマラソン初優勝を果たす。ソウル五輪代表選考の際、一時は五輪代表に決まったかの報道がなされながら落選したその悔しさを見事に晴らし、ゴール後小沢コーチともども号泣の勝利者インタビューとなった。海外の規模の大きなマラソン大会に日本の女子選手が優勝したのは、小島が初めての快挙であった。小島は、自国開催である1991年の世界陸上東京大会、翌1992年バルセロナオリンピックの有力候補選手とも言われていたが、マラソン日本女子最高記録樹立からわずか8ヶ月後の12月に突如現役を引退した。出場した全日本実業団対抗女子駅伝競走大会から5日後の1989年12月15日に小沢監督と陸上部長が記者会見を開いて、「体の限界を感じ、これ以上競技を続けることができなくなった」という引退理由を明らかにし、「1988年秋頃から疲れが取れなくなり、不安を感じるようになった」ことから、本人が小沢と相談して決めたと説明した。この会見では小島が用意した直筆のコメントが読み上げられ、「（1989年）7月のヨーロッパ遠征で身体の限界がみえ、青東駅伝後に自分なりの結論を出しました」と決断の時期を記すとともに、「終える時もアマチュア選手として自然にしたい」という理由で記者会見に同席しなかったと述べている。陸上専門誌では、小島は「背中のはりと痛み」の苦しさから、1月の大阪国際女子マラソンでの引退を考えていたが4位に入り、パリマラソン代表に選ばれたことから「パリまで」と時期を延ばしたと記されている。11月上旬にスカウトしてくれた瀧田を訪ねて引退の決意を「相談ではなくて報告」として述べたという。同じ記事では、高校卒業以来、大学進学を希望していたことも引退のもう一つの理由として挙げられている。引退後は、1991年に社会人入試で東洋英和女学院大学に進学し、コーチ学を専攻していたが、結婚した。相手は山口百恵の元マネージャー。式には、山口（三浦）百恵も列席した。